Gangguan adalah penambahan getaran. Akibat interferensi, amplitudo osilasi meningkat di beberapa titik dalam ruang, dan menurun di titik lain. Pola interferensi konstan diamati hanya jika perbedaan antara osilasi yang ditambahkan adalah konstan (mereka koheren ). Jelaslah bahwa osilasi dengan frekuensi yang sama dapat bersifat koheren. Oleh karena itu, interferensi paling sering dipelajari monokromatik keraguan.

Difraksi-- sebut fenomena yang berhubungan dengan sifat gelombang untuk membelokkan rintangan, yaitu menyimpang dari rambat bujursangkar.

Gambar di sebelah kanan menunjukkan bagaimana gelombang suara berubah arah setelah melewati lubang di dinding. Menurut prinsip Huygens, wilayah 1-5 menjadi sumber sekunder gelombang suara berbentuk bola. Terlihat bahwa sumber sekunder di area 1 dan 5 menyebabkan gelombang membelok di sekitar rintangan.

Pertanyaan 30.1

Gelombang berdiri. Persamaan gelombang berdiri.

Jika beberapa gelombang merambat dalam suatu medium, maka osilasi partikel-partikel medium tersebut adalah jumlah geometri dari osilasi yang akan dilakukan partikel-partikel tersebut jika masing-masing gelombang merambat secara terpisah. Gelombang tumpang tindih Satu sama lain,tanpa mengganggu(tanpa saling mendistorsi). Begitulah adanya prinsip superposisi gelombang.

Jika dua gelombang yang tiba di suatu titik di ruang angkasa mempunyai beda fasa tetap, maka gelombang tersebut disebut koheren. Ketika gelombang koheren ditambahkan, a fenomena interferensi.

Kasus interferensi yang sangat penting diamati ketika dua gelombang bidang yang berpropagasi berlawanan dengan amplitudo yang sama ditumpangkan. Proses osilasi yang dihasilkan disebut gelombang berdiri . Gelombang hampir berdiri timbul bila dipantulkan dari rintangan.

Mari kita tulis persamaan dua gelombang bidang yang merambat berlawanan arah (fase awal):

Ekspresi fase tidak menyertakan koordinat, sehingga kita dapat menulis:

Titik-titik medium yang terletak pada titik-titik tidak berosilasi.

Pembentukan gelombang berdiri diamati selama interferensi gelombang berjalan dan gelombang pantul. Pada batas di mana gelombang dipantulkan, antinode diperoleh jika medium tempat terjadinya pemantulan kurang rapat (Gbr. 5.5, A), dan simpul - jika lebih padat (Gbr. 5.5, B).

Jika kita mempertimbangkan gelombang perjalanan , lalu ke arah perambatannya energi yang ditransfer gerakan osilasi. Kapan atau tidak ada gelombang perpindahan energi yang berdiri , Karena Gelombang datang dan gelombang pantul dengan amplitudo yang sama membawa energi yang sama dalam arah yang berlawanan.

Pertanyaan 32

Gelombang suara.

Suara(atau akustik) ombak disebut gelombang elastis yang merambat dalam medium dengan frekuensi berkisar 16-20.000 Hz. Gelombang frekuensi ini, yang mempengaruhi sistem pendengaran manusia, menyebabkan sensasi suara. Gelombang dengan N< 16 Гц (suara infrasonik) Dan N> 20kHz ( ultrasonik) tidak dirasakan oleh organ pendengaran manusia.

Gelombang suara dalam gas dan cairan hanya dapat bersifat longitudinal, karena media ini hanya bersifat elastis terhadap deformasi tekan (tegangan). Dalam benda padat, gelombang suara dapat bersifat memanjang dan melintang, karena benda padat memiliki elastisitas terhadap kompresi (tegangan) dan deformasi geser.

Intensitas suara(atau kekuatan suara) adalah besaran yang ditentukan oleh energi rata-rata waktu yang dipindahkan oleh gelombang bunyi per satuan waktu melalui satuan luas yang tegak lurus arah rambat gelombang:

Satuan SI untuk intensitas bunyi - watt per meter persegi(W/m2).

Sensitivitas telinga manusia bervariasi untuk frekuensi yang berbeda. Untuk menimbulkan sensasi bunyi, gelombang harus mempunyai intensitas minimum tertentu, namun bila intensitas tersebut melebihi batas tertentu, maka bunyi tersebut tidak terdengar dan hanya menimbulkan sensasi nyeri. Jadi, untuk setiap frekuensi osilasi ada minimumnya (ambang pendengaran) dan terbesar (ambang batas nyeri) intensitas suara yang mampu menimbulkan persepsi pendengaran. Pada Gambar. 223 menunjukkan ketergantungan ambang pendengaran dan nyeri pada frekuensi suara. Daerah yang terletak di antara kedua kurva tersebut adalah daerah yang terdengar.

Jika intensitas bunyi merupakan besaran yang secara obyektif mencirikan proses gelombang, maka sifat subyektif bunyi yang berkaitan dengan intensitasnya adalah volume suara, tergantung frekuensinya. Menurut hukum fisiologis Weber-Fechner, dengan meningkatnya intensitas suara, kenyaringan suara meningkat secara logaritmik. Atas dasar ini, penilaian objektif terhadap volume suara diperkenalkan berdasarkan nilai intensitasnya yang diukur:

Di mana SAYA 0 - intensitas suara pada ambang batas kemampuan mendengar, yang diambil untuk semua suara sebesar 10–12 W/m2. Besarnya L ditelepon tingkat intensitas suara dan dinyatakan dalam bel (untuk menghormati penemu telepon Bell). Biasanya mereka menggunakan unit 10 kali lebih kecil - desibel(dB).

Ciri fisiologis bunyi adalah tingkat volume, yang dinyatakan dalam latar belakang(latar belakang). Volume bunyi pada 1000 Hz (frekuensi nada murni standar) sama dengan 1 fon jika tingkat intensitasnya 1 dB. Misalnya, kebisingan di gerbong kereta bawah tanah dengan kecepatan tinggi sama dengan »90 von, dan bisikan pada jarak 1 m sama dengan »20 von.

Bunyi sebenarnya adalah superposisi osilasi harmonik dengan serangkaian frekuensi yang besar, yaitu bunyi yang dimilikinya spektrum akustik, yang mungkin padat(dalam interval tertentu terjadi osilasi semua frekuensi) dan diatur(ada getaran frekuensi tertentu yang terpisah satu sama lain).

Selain volume, suara dicirikan oleh nada dan timbre. Melempar- kualitas suara, ditentukan oleh seseorang secara subjektif oleh telinga dan tergantung pada frekuensi suara. Ketika frekuensi meningkat, nada suara meningkat, yaitu suara menjadi “lebih tinggi”. Sifat spektrum akustik dan distribusi energi antara frekuensi tertentu menentukan keunikan sensasi suara, yang disebut timbre suara. Jadi, penyanyi berbeda yang memainkan nada yang sama memiliki spektrum akustik yang berbeda, yaitu suara mereka memiliki timbre yang berbeda.

Sumber bunyi dapat berupa benda apa saja yang bergetar dalam medium elastis yang mempunyai frekuensi bunyi (misalnya pada alat musik petik, sumber bunyinya adalah dawai yang dihubungkan dengan badan alat musik tersebut).

Dengan berosilasi, suatu benda menyebabkan getaran partikel medium yang berdekatan dengan frekuensi yang sama. Keadaan gerak osilasi berturut-turut ditransmisikan ke partikel-partikel medium yang semakin jauh dari benda, yaitu gelombang merambat dalam medium dengan frekuensi osilasi yang sama dengan frekuensi sumbernya, dan dengan kecepatan tertentu tergantung pada kepadatan. dan sifat elastis medium. Kecepatan rambat gelombang suara dalam gas dihitung dengan rumus

Di mana R- konstanta gas molar, M - masa molar, g=С p/С V - rasio kapasitas panas molar suatu gas pada tekanan dan volume konstan, T - suhu termodinamika. Dari rumus (158.1) dapat disimpulkan bahwa cepat rambat bunyi dalam gas tidak bergantung pada tekanan R gas, tetapi meningkat dengan meningkatnya suhu. Semakin besar massa molar suatu gas maka semakin rendah kecepatan bunyinya. Misalnya kapan T=273 K cepat rambat bunyi di udara ( M=29×10 –3 kg/mol) ay=331 m/s, dalam hidrogen ( M=2×10 –3 kg/mol) ay=1260 m/s. Ekspresi (158.1) sesuai dengan data eksperimen.

Ketika merambat bunyi di atmosfer, sejumlah faktor perlu diperhatikan: kecepatan dan arah angin, kelembapan udara, struktur molekul medium gas, fenomena pembiasan dan pemantulan bunyi pada batas dua media. Selain itu, setiap media nyata memiliki viskositas, sehingga redaman suara diamati, yaitu penurunan amplitudo dan, akibatnya, intensitas gelombang suara selama perambatannya. Redaman suara sebagian besar disebabkan oleh penyerapannya dalam medium, terkait dengan transisi energi suara yang tidak dapat diubah menjadi bentuk energi lain (terutama panas).

Untuk akustik ruangan, ini sangat penting gaung suara- proses redaman suara secara bertahap di ruang tertutup setelah sumbernya dimatikan. Jika ruangan kosong, maka suara perlahan memudar dan terciptalah “booming” ruangan. Jika suara memudar dengan cepat (saat menggunakan bahan penyerap suara), maka suara tersebut dianggap teredam. Waktu gema- ini adalah waktu di mana intensitas suara di dalam ruangan dilemahkan satu juta kali lipat, dan levelnya sebesar 60 dB. Ruangan mempunyai akustik yang baik jika waktu dengung 0,5-1,5 detik.

Pertanyaan 32.1

Melempar
Selain volume, suara juga dicirikan oleh nada. Nada suatu bunyi ditentukan oleh frekuensinya: semakin tinggi frekuensi getaran gelombang bunyi, semakin tinggi pula bunyinya. Getaran frekuensi rendah berhubungan dengan suara rendah, getaran frekuensi tinggi berhubungan dengan suara tinggi.

Jadi, misalnya, seekor lebah mengepakkan sayapnya dengan frekuensi yang lebih rendah daripada frekuensi nyamuk: pada lebah, frekuensinya 220 denyut per detik, dan pada nyamuk, frekuensinya 500-600. Oleh karena itu, terbangnya lebah disertai dengan suara pelan (mendengung), dan terbangnya nyamuk disertai dengan suara tinggi (mencicit).

Gelombang bunyi dengan frekuensi tertentu disebut juga nada musik, sehingga tinggi nada suatu bunyi sering disebut dengan nada.

Nada dasar yang bercampur dengan beberapa getaran frekuensi lain membentuk bunyi musik. Misalnya, suara biola dan piano dapat mencakup hingga 15-20 getaran berbeda. Komposisi setiap bunyi kompleks menentukan timbre-nya.

Frekuensi getaran bebas senar bergantung pada ukuran dan tegangannya. Oleh karena itu, dengan meregangkan senar gitar dengan bantuan pasak dan menekannya ke leher gitar di tempat yang berbeda, kita mengubah frekuensi alaminya, dan juga nada suara yang dihasilkannya.

Sifat persepsi suara sangat bergantung pada tata letak ruangan tempat ucapan atau musik didengar. Hal ini dijelaskan oleh fakta bahwa di ruang tertutup, selain suara langsung, pendengar juga merasakan serangkaian pengulangan cepat dan berurutan yang terus menerus yang disebabkan oleh banyak pantulan suara dari benda-benda di dalam ruangan, dinding, langit-langit dan lantai.

Pertanyaan 32.2

Kekuatan suara

Kekuatan suara(relatif) - istilah usang yang menggambarkan nilai yang serupa, tetapi tidak identik dengan, intensitas suara. Kami mengamati situasi yang kira-kira sama untuk intensitas cahaya (satuan - candela) - nilai yang mirip dengan intensitas radiasi (satuan - watt per steradian).

Intensitas suara diukur pada skala relatif dari nilai ambang batas, yang sesuai dengan intensitas suara 1 pW/m² pada frekuensi sinyal sinusoidal 1 kHz dan tekanan suara 20 μPa. Bandingkan definisi ini dengan definisi satuan intensitas cahaya: “candela sama dengan intensitas cahaya yang dipancarkan ke arah tertentu oleh sumber monokromatik, dengan frekuensi radiasi 540 THz dan intensitas radiasi dalam arah tersebut sebesar 1/ 683 W/sr.”

Saat ini istilahnya "kekuatan suara" digantikan oleh istilah tersebut "tingkat volume suara"

Difraksi dan interferensi gelombang. Efek gelombang yang khas adalah fenomena interferensi dan difraksi. Awalnya, difraksi adalah penyimpangan rambat cahaya dari arah bujursangkar. Penemuan ini dilakukan pada tahun 1665 oleh Kepala Biara Francesco Grimaldi dan menjadi dasar pengembangan teori gelombang cahaya.

Difraksi cahaya adalah pembelokan cahaya di sekitar kontur benda buram dan, sebagai akibatnya, penetrasi cahaya ke dalam wilayah bayangan geometris. Setelah terciptanya teori gelombang, ternyata difraksi cahaya merupakan akibat dari fenomena interferensi gelombang yang dipancarkan oleh sumber-sumber koheren yang terletak pada berbagai titik dalam ruang. Gelombang dikatakan koheren jika beda fasanya tetap konstan sepanjang waktu. Sumber gelombang koheren adalah osilasi sumber gelombang yang koheren. Gelombang sinus, yang frekuensinya tidak berubah seiring waktu, selalu koheren. Gelombang koheren yang dipancarkan oleh sumber-sumber yang terletak di berbagai titik merambat dalam ruang tanpa interaksi dan membentuk medan gelombang total. Sebenarnya, ombaknya sendiri tidak bertambah. Tetapi jika alat perekam ditempatkan di suatu titik di ruang angkasa, maka elemen sensitifnya akan bergetar di bawah pengaruh gelombang. Setiap gelombang bertindak secara independen satu sama lain, dan pergerakan elemen penginderaan adalah jumlah dari osilasi.

Dengan kata lain, dalam proses ini yang terbentuk bukanlah gelombang, melainkan osilasi yang disebabkan oleh gelombang koheren.

Beras. 3.1. Sumber ganda dan sistem detektor. L adalah jarak sumber pertama ke detektor, L adalah jarak sumber kedua ke detektor, d adalah jarak antar sumber. Sebagai contoh dasar, perhatikan interferensi gelombang yang dipancarkan oleh dua sumber titik koheren, lihat Gambar 3.1. Frekuensi dan fase awal osilasi sumber bertepatan.

Sumber-sumber tersebut terletak pada jarak tertentu d satu sama lain. Detektor yang mencatat intensitas medan gelombang yang dihasilkan terletak pada jarak L dari sumber pertama. Jenis pola interferensi bergantung pada parameter geometri sumber gelombang koheren, dimensi ruang tempat gelombang merambat, dll. Mari kita perhatikan fungsi gelombang yang merupakan akibat dari osilasi yang dipancarkan oleh dua sumber titik yang koheren.

Untuk melakukan ini, atur sumbu z seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.1. Maka fungsi gelombangnya akan terlihat seperti ini. 3.1 Mari kita perkenalkan konsep perbedaan jalur gelombang. Untuk melakukan ini, pertimbangkan jarak dari sumber ke detektor perekam L dan L. Jarak antara sumber pertama dan detektor L berbeda dari jarak antara sumber kedua dan detektor L sebesar nilai t. Untuk mencari t, perhatikan segitiga siku-siku yang memuat nilai t dan d. Kemudian Anda dapat dengan mudah mencari t menggunakan fungsi sinus 3.2 Nilai ini disebut selisih jalur gelombang. Sekarang mari kalikan nilai ini dengan bilangan gelombang k dan dapatkan nilai yang disebut beda fasa. Mari kita nyatakan sebagai 3.3 Ketika dua gelombang mencapai detektor, fungsi 3.1 akan berbentuk 3.4 Untuk menyederhanakan hukum yang menyatakan detektor akan berosilasi, mari kita atur nilai -kL 1 ke nol dalam fungsi x1 t. Mari kita tuliskan nilai L pada fungsi x2 t menggunakan fungsi 3.4. Melalui transformasi sederhana kita memperoleh 3,5 dimana 3,6 Anda dapat melihat bahwa rasio 3,3 dan 3,6 adalah sama. Sebelumnya, besaran ini didefinisikan sebagai perbedaan fasa. Berdasarkan apa yang dikatakan sebelumnya, Relasi 3.6 dapat ditulis ulang sebagai berikut: 3.7 Sekarang mari kita tambahkan fungsi 3.5. 3.8 Dengan menggunakan metode amplitudo kompleks, kita memperoleh hubungan amplitudo osilasi total 3.9 dimana?0 ditentukan oleh hubungan 3.3. Setelah amplitudo osilasi total ditemukan, intensitas osilasi total dapat dicari dengan kuadrat amplitudo. 3.10 Perhatikan grafik intensitas osilasi total untuk parameter yang berbeda.

Sudut? perubahan interval 0, hal ini terlihat pada Gambar 3.1, panjang gelombang bervariasi dari 1 sampai 5. Perhatikan kasus khusus ketika L d. Kasus ini biasanya terjadi pada percobaan hamburan sinar-X.

Dalam percobaan ini, detektor radiasi hamburan biasanya ditempatkan pada jarak yang jauh lebih besar daripada ukuran sampel yang diteliti.

Dalam kasus ini, gelombang sekunder memasuki detektor, yang kira-kira dapat diasumsikan berbentuk bidang dengan akurasi yang cukup.

Dalam hal ini, vektor gelombang dari gelombang individu dari gelombang sekunder yang dipancarkan oleh berbagai pusat radiasi hamburan adalah paralel. Dipercaya bahwa dalam kasus ini kondisi difraksi Fraunhofer terpenuhi. 2.3.2. Difraksi sinar-X Difraksi sinar-X adalah suatu proses yang terjadi pada hamburan elastis sinar-X dan terdiri dari munculnya sinar-sinar difraksi yang dibelokkan dan merambat pada sudut tertentu terhadap berkas primer.

Difraksi sinar-X disebabkan oleh koherensi spasial gelombang sekunder yang timbul ketika radiasi primer dihamburkan oleh elektron-elektron penyusun atom. Dalam beberapa arah, ditentukan oleh hubungan antara panjang gelombang radiasi dan jarak antar atom dalam zat, gelombang sekunder bertambah ketika berada dalam fase yang sama, sehingga tercipta berkas difraksi yang intens. Dengan kata lain, di bawah pengaruh medan elektromagnetik gelombang datang, partikel bermuatan yang ada di setiap atom menjadi sumber gelombang bola sekunder yang tersebar. Gelombang sekunder yang terpisah saling mengganggu, membentuk berkas radiasi yang diperkuat dan dilemahkan yang merambat ke arah yang berbeda.

Jika hamburan bersifat elastis, maka modulus vektor gelombang juga tidak berubah. Mari kita perhatikan hasil interferensi gelombang sekunder pada titik yang jauh dari semua pusat hamburan pada jarak yang jauh lebih besar daripada jarak antar atom dalam sampel iradiasi yang diteliti. Misalkan ada detektor pada titik ini dan osilasi yang disebabkan oleh gelombang hamburan yang tiba pada titik ini dijumlahkan. Karena jarak dari penghambur ke detektor secara signifikan melebihi panjang gelombang radiasi yang tersebar, bagian gelombang sekunder yang tiba di detektor dapat dianggap dengan tingkat akurasi yang cukup sebagai datar, dan vektor gelombangnya sejajar.

Dengan demikian, pola fisik hamburan sinar-X, jika dianalogikan dengan optik, dapat disebut difraksi Fraunhofer. Tergantung pada sudut hamburan antara vektor gelombang gelombang primer dan vektor yang menghubungkan kristal dan detektor, amplitudo osilasi total akan mencapai minimum atau maksimum. Intensitas radiasi yang direkam oleh detektor sebanding dengan kuadrat amplitudo total.

Oleh karena itu, intensitasnya bergantung pada arah rambat gelombang hamburan yang mencapai detektor, amplitudo dan panjang gelombang radiasi primer, serta jumlah dan koordinat pusat hamburan. Selain itu, amplitudo gelombang sekunder yang dibentuk oleh atom individu, dan oleh karena itu intensitas totalnya, ditentukan oleh faktor atom - fungsi penurunan sudut hamburan, bergantung pada kerapatan elektron atom. 2.3.3.

Akhir pekerjaan -

Topik ini termasuk dalam bagian:

Hamburan sinar-X pada molekul fullerene

Penting agar koordinatnya tidak hanya Cartesian, tetapi juga sudut, dll. Ada banyak jenis gerak periodik. Misalnya, ini adalah gerak seragam suatu titik material sepanjang.. Jenis gerak periodik yang penting adalah osilasi di mana titik material melintas dua kali selama periode T..

Jika Anda memerlukan materi tambahan tentang topik ini, atau Anda tidak menemukan apa yang Anda cari, kami sarankan untuk menggunakan pencarian di database karya kami:

Apa yang akan kami lakukan dengan materi yang diterima:

Jika materi ini bermanfaat bagi Anda, Anda dapat menyimpannya ke halaman Anda di jejaring sosial:

Gangguan- ini adalah superposisi dua gelombang atau lebih, yang menyebabkan peningkatan osilasi yang stabil terhadap waktu di beberapa titik di ruang angkasa dan melemahnya di titik lain.

Mereka hanya bisa ikut campur koheren gelombang adalah gelombang yang frekuensinya sama dan beda fasanya tetap terhadap waktu. Amplitudo osilasi yang dihasilkan adalah nol pada titik-titik dalam ruang di mana gelombang dengan amplitudo dan frekuensi yang sama tiba dengan pergeseran fasa osilasi sebesar P atau setengah periode osilasi. Dengan hukum osilasi yang sama antara dua sumber gelombang, selisihnya akan menjadi setengah periode osilasi, asalkan selisihnya Dl(perbedaan jalur gelombang interferensi) jarak aku 1 Dan aku 2 dari sumber gelombang ke titik ini sama dengan setengah panjang gelombang:

atau jumlah setengah gelombang ganjil (Gbr. 84, A):

.

Ini adalah kondisi interferensi minimum.

Interferensi maksimum diamati pada titik-titik dalam ruang di mana gelombang datang dengan fase osilasi yang sama (Gbr. 84, B). Dengan hukum osilasi yang sama antara dua sumber, untuk memenuhi kondisi ini, diperlukan perbedaan jalur Dl harus sama dengan jumlah gelombang bilangan bulat:

Di manakah energi kedua gelombang menghilang pada titik interferensi minimum? Jika kita hanya mempertimbangkan satu tempat di mana dua gelombang bertemu, maka pertanyaan seperti itu tidak dapat dijawab dengan benar. Perambatan gelombang bukanlah serangkaian proses osilasi independen pada titik-titik individual dalam ruang. Inti dari proses gelombang adalah perpindahan energi getaran dari satu titik di ruang ke titik lain, dan seterusnya. Ketika gelombang berinterferensi di tempat interferensi minimum, energi osilasi yang dihasilkan sebenarnya lebih kecil dari jumlah energi dua gelombang interferensi. Tetapi di tempat interferensi maksimum, energi osilasi yang dihasilkan melebihi jumlah energi gelombang interferensi dengan jumlah yang sama persis dengan berkurangnya energi di tempat interferensi minimum. Ketika gelombang mengganggu, energi osilasi didistribusikan kembali di ruang angkasa, tetapi hukum kekekalan energi terpenuhi.

Penyimpangan arah rambat gelombang dari garis lurus pada batas hambatan disebut difraksi gelombang. Difraksi gelombang terjadi ketika gelombang menemui hambatan dalam bentuk dan ukuran apa pun. Biasanya, jika ukuran penghalang atau lubang pada penghalang lebih besar dibandingkan dengan panjang gelombangnya, difraksi gelombang akan sedikit terlihat. Difraksi paling jelas terlihat ketika gelombang melewati suatu bukaan dengan dimensi sesuai urutan panjang gelombangnya atau ketika menghadapi rintangan dengan dimensi yang sama. Pada jarak yang cukup jauh antara sumber gelombang, penghalang dan tempat pengamatan gelombang, fenomena difraksi juga dapat terjadi dengan bukaan atau penghalang yang besar.

Penyebab difraksi adalah interferensi. Hal ini dijelaskan Prinsip Huygens-Fresnel: setiap titik dalam medium yang dijangkau gelombang menjadi sumber gelombang sekunder yang berinterferensi pada titik-titik berikutnya dalam ruang.

Gelombang berdiri

Biarkan gelombang berjalan sepanjang sumbu absis, mencapai rintangan yang terletak di titik asal koordinat, dan tanpa kehilangan energi mulai bergerak sepanjang sumbu absis dari kanan ke kiri, bertemu dan menambah gelombang yang berjalan dari kiri ke kanan. Ada dua kemungkinan kasus di sini.

1) Gelombang dipantulkan pada suatu titik TENTANG dalam fase yang sama saat dia datang kepadanya (Gbr. 85, A). Dalam hal ini persamaan gelombang yang merambat dari kiri ke kanan mempunyai bentuk

,

dan untuk gelombang pantul persamaannya akan ditulis sebagai berikut:

.

Menambahkan kedua persamaan, kita mendapatkan:

.

Mengubah jumlah cosinus menjadi suatu produk, kita dapatkan

.

Di sini nilainya tidak bergantung pada waktu, oleh karena itu, ini adalah amplitudo osilasi baru dari semua titik gelombang. Ekspresi di bawah tanda cosinus pada faktor kedua tidak bergantung pada koordinat.

Jadi, sebagai hasil penjumlahan gelombang berjalan dan gelombang pantul, diperoleh gelombang baru yang fasanya tidak bergantung pada koordinat, tetapi amplitudo osilasinya bergantung pada koordinat. Gelombang ini disebut gelombang berdiri.

Gelombang berdiri memiliki titik-titik yang amplitudo osilasinya nol. Poin-poin ini disebut node gelombang berdiri (Gbr. 85, B). Mari kita cari koordinatnya, dengan asumsi .

Tetapi cosinus bernilai nol jika argumennya adalah bilangan ganjil hal/2, karena itu

,

dari situ kita memperoleh bahwa koordinat node ditentukan dari kondisi

.

Gelombang berdiri mempunyai titik-titik yang amplitudo gelombang berdirinya dua kali amplitudo gelombang berjalan. Poin-poin ini disebut antinode gelombang berdiri. Jelasnya, kita mendapatkan koordinat antinode dengan menempatkan , untuk itu kondisi tersebut perlu dipenuhi

maka koordinat antinode memenuhi relasi:

2) Gelombang dipantulkan pada suatu titik TENTANG dalam fase yang berlawanan dibandingkan dengan gelombang berjalan (Gbr. 86). Dalam hal ini, persamaan gelombang yang merambat dari kiri ke kanan akan ditulis dalam bentuk yang sama, dan persamaan gelombang pantul akan berbentuk:

.

Dengan menambahkan kedua persamaan gelombang tersebut, kita kembali memperoleh persamaan gelombang berdiri, yang dapat dengan mudah dilihat sendiri oleh pembaca. Namun amplitudo gelombang berdiri dalam hal ini akan berbentuk:

.

Tidak sulit untuk menyimpulkan dari sini bahwa dalam kasus ini, antinode akan muncul sebagai pengganti node, dan node gelombang berdiri akan muncul sebagai ganti antinode.

Gelombang suara

Cabang ilmu fisika yang mempelajari fenomena bunyi disebut akustik, dan fenomena yang terkait dengan kemunculan dan perambatan gelombang suara – fenomena akustik.

Proses perambatan kompresi atau penghalusan pada suatu gas terjadi akibat tumbukan molekul-molekul gas, oleh karena itu cepat rambat bunyi dalam gas kira-kira sama dengan cepat rambat molekul-molekul tersebut. Kecepatan rata-rata gerak termal molekul menurun dengan menurunnya suhu gas, oleh karena itu, kecepatan rambat bunyi menurun dengan menurunnya suhu gas. Misalnya, pada hidrogen, ketika suhu turun dari 300 menjadi 17 K, kecepatan suara berkurang dari 1300 menjadi 320 m/s. Menurut pengukuran modern, kecepatan suara di udara dalam kondisi normal adalah 331 m/s.

Ikatan antara atom dan molekul dalam cairan dan padatan jauh lebih erat dibandingkan dalam gas. Oleh karena itu, cepat rambat gelombang bunyi dalam zat cair dan padat jauh lebih besar dibandingkan cepat rambat bunyi dalam gas. Jadi cepat rambat bunyi di air adalah 1500 m/s, dan di baja – 6000 m/s.

Seseorang mengkarakterisasi suara apa pun sesuai dengan persepsinya berdasarkan tingkat volume.

Kekuatan gelombang suara pada gendang telinga manusia bergantung pada tekanan suara. Tekanan suara- ini adalah tekanan tambahan yang terjadi pada gas atau cairan selama lewatnya gelombang suara. Batas bawah persepsi suara oleh telinga manusia setara dengan tekanan suara sekitar 10 -5 Pa. Batas atas tekanan suara, setelah mencapai sensasi nyeri di telinga, adalah sekitar 100 Pa. Gelombang suara dengan amplitudo perubahan tekanan suara yang besar dianggap oleh telinga manusia sebagai suara yang keras, dan dengan perubahan tekanan suara dengan amplitudo kecil - sebagai suara yang tenang.

Getaran bunyi yang terjadi menurut hukum harmonik dianggap pasti oleh seseorang nada musik. Getaran frekuensi tinggi dianggap sebagai suara nada tinggi, suara frekuensi rendah seperti suara nada rendah. Kisaran getaran bunyi yang berhubungan dengan perubahan ganda frekuensi getaran bunyi disebut satu oktaf.

Getaran bunyi yang tidak mematuhi hukum harmonik dianggap oleh manusia sebagai bunyi yang kompleks warnanada. Pada nada yang sama, suara yang dihasilkan, misalnya, oleh biola dan piano, memiliki timbre yang berbeda.

Rentang frekuensi getaran suara yang dirasakan oleh telinga manusia berkisar antara 20 hingga 20.000 Hz. Gelombang longitudinal pada medium yang frekuensi perubahan tekanannya kurang dari 20 Hz disebut suara infrasonik, dengan frekuensi lebih dari 20.000 Hz – USG.

USG mempengaruhi objek biologis. Pada intensitas rendah, ini mengaktifkan proses metabolisme, meningkatkan permeabilitas membran sel, dan menghasilkan pijat mikro jaringan. Pada intensitas tinggi, ia menghancurkan sel darah merah, menyebabkan disfungsi dan kematian mikroorganisme dan hewan kecil. Dengan menghancurkan membran sel tumbuhan dan hewan dengan ultrasound, zat aktif biologis (enzim, racun) diekstraksi darinya. Dalam pembedahan, USG digunakan untuk menghancurkan tumor ganas, menggergaji tulang, dll.

Ultrasonografi diproduksi dan dirasakan oleh banyak hewan. Misalnya anjing, kucing, tikus mendengar USG dengan frekuensi hingga 100 kHz. Banyak serangga juga sensitif terhadapnya. Beberapa hewan menggunakan USG untuk orientasi dalam ruang (lokasi ultrasonik). Kelelawar secara berkala mengeluarkan sinyal ultrasonik pendek (30-120 kHz) ke arah terbang. Dengan menangkap sinyal yang dipantulkan dari suatu benda, hewan menentukan posisi suatu benda dan memperkirakan jaraknya. Metode lokasi ini juga digunakan oleh lumba-lumba, yang dapat bernavigasi dengan bebas di perairan berlumpur dan dalam kegelapan. Menggunakan USG untuk ekolokasi adalah hal yang wajar. Semakin pendek panjang gelombang radiasi, semakin kecil ukuran objek yang perlu diidentifikasi. Dalam hal ini, dimensi linier benda harus lebih besar atau setidaknya sesuai urutan panjang gelombang bunyi. Jadi frekuensi 80 kHz sama dengan panjang gelombang 4 mm. Selain itu, seiring dengan berkurangnya panjang gelombang, arah radiasi menjadi lebih mudah direalisasikan, dan ini sangat penting untuk ekolokasi.

Manusia menggunakan lokasi ultrasonik untuk mempelajari topografi dasar laut, mendeteksi kumpulan ikan dan gunung es. Dalam dunia kedokteran, diagnostik ultrasonografi digunakan, misalnya, untuk mengidentifikasi tumor pada organ dalam.

Infrasonik - gelombang elastis frekuensi rendah - menemani seseorang dalam kehidupan sehari-hari. Sumber suara infrasonik yang kuat adalah pelepasan petir (guntur), tembakan senjata, ledakan, tanah longsor, badai, pengoperasian mesin, dan transportasi perkotaan. Pengoperasian infrasonik kuat yang terus-menerus pada frekuensi tertentu (3-10 Hz) berbahaya bagi kesehatan manusia, dapat menyebabkan penglihatan kabur, gangguan saraf, getaran resonansi organ dalam, dan kehilangan ingatan.

Keunikan infrasonik adalah lemahnya penyerapannya oleh materi, sehingga mudah melewati rintangan dan dapat menyebar dalam jarak yang sangat jauh. Hal ini memungkinkan, misalnya, untuk memprediksi datangnya bencana alam - badai, tsunami. Banyak ikan, mamalia laut, dan burung tampaknya merasakan infrasonik saat mereka bereaksi terhadap badai yang mendekat.

Gelombang suara yang mengenai benda mana pun menyebabkan getaran paksa. Jika frekuensi getaran bebas suatu benda bertepatan dengan frekuensi gelombang suara, maka kondisi untuk mentransfer energi dari gelombang suara ke tubuh adalah yang terbaik - tubuh adalah resonator akustik. Amplitudo osilasi paksa mencapai nilai maksimumnya - ini diamati resonansi akustik.

Resonator akustik, misalnya, pipa alat musik tiup. Dalam hal ini, udara di dalam pipa berperan sebagai benda yang mengalami osilasi resonansi. Kemampuan telinga untuk membedakan suara berdasarkan nada dan timbre dikaitkan dengan fenomena resonansi yang terjadi pada membran utama. Bekerja pada membran utama, gelombang suara menyebabkan getaran resonansi serat tertentu di dalamnya, yang frekuensi alaminya sesuai dengan frekuensi spektrum harmonik dari getaran tertentu. Sel-sel saraf yang terkait dengan serat-serat ini tereksitasi dan mengirimkan impuls saraf ke bagian tengah penganalisis pendengaran, di mana, secara keseluruhan, mereka menyebabkan sensasi nada dan timbre suara.

Gelombang cahaya

Dalam gelombang cahaya mereka bergerak cepat ( n=10 14Hz) osilasi terus menerus dari vektor kuat medan listrik dan induksi medan magnet. Osilasinya saling berhubungan dan terjadi pada arah tegak lurus berkas (gelombang cahaya melintang), sehingga vektor tegangan dan induksi saling tegak lurus (Gbr. 87).

Seperti yang ditunjukkan oleh eksperimen, efek cahaya pada mata dan penerima lainnya disebabkan oleh osilasi vektor listrik, yang oleh karena itu disebut, lampu. Untuk gelombang sinusoidal bidang yang merambat dengan kecepatan kamu ke arah R, osilasi vektor cahaya dijelaskan oleh persamaan

.

Cahaya yang mempunyai frekuensi (atau panjang gelombang) tertentu disebut monokromatik. Jika osilasi vektor cahaya hanya terjadi pada satu bidang yang melewati berkas, maka disebut cahaya bidang terpolarisasi. Cahaya alami mengandung getaran ke segala arah.

Ketika cahaya berpindah dari satu medium ke medium lain, frekuensinya tetap tidak berubah, tetapi panjang gelombangnya berubah, karena Kecepatan cahaya berbeda-beda pada media yang berbeda. Kecepatan cahaya dalam ruang hampa s=3 10 8 m/s.

Gelombang cahaya yang koheren (seperti gelombang alam lainnya) mengganggu. Selain itu, sumber cahaya independen (dengan pengecualian laser) tidak dapat koheren, karena pada masing-masing sumber cahaya dipancarkan oleh banyak atom yang memancarkan cahaya secara tidak konsisten. Koherensi dapat dicapai dengan membagi gelombang dari satu sumber menjadi dua bagian dan kemudian menyatukannya. Dipancarkan oleh satu kelompok atom, kedua gelombang yang diperoleh akan koheren dan, bila ditumpangkan, dapat berinterferensi. Dalam prakteknya, membagi satu gelombang menjadi dua dapat dilakukan dengan cara yang berbeda. Dalam instalasi yang dikemukakan oleh T. Jung, cahaya putih melewati lubang sempit S(Gbr. 88, A), lalu menggunakan dua lubang S 1 Dan S 2 balok itu terbagi menjadi dua. Kedua sinar ini, saling tumpang tindih, membentuk garis putih di tengah layar, dan garis warna-warni di tepinya.Warna gelembung sabun dan lapisan tipis minyak di atas air disebabkan oleh interferensi cahaya. Gelombang cahaya sebagian dipantulkan dari permukaan film tipis dan sebagian lagi diteruskan ke dalamnya. Pada batas kedua film, gelombang dipantulkan kembali (Gbr. 88, B). Gelombang cahaya yang dipantulkan oleh dua permukaan film tipis merambat dalam arah yang sama tetapi menempuh jalur yang berbeda. Untuk perbedaan jalur yang merupakan kelipatan bilangan bulat panjang gelombang:

interferensi maksimum diamati.

Untuk selisih yang merupakan kelipatan setengah gelombang ganjil:

,

minimum interferensi diamati. Apabila kondisi maksimum terpenuhi untuk satu panjang gelombang cahaya, kondisi tersebut tidak terpenuhi untuk panjang gelombang lainnya. Oleh karena itu, ketika disinari oleh cahaya putih, film transparan tipis dan tidak berwarna tampak berwarna. Ketika ketebalan film atau sudut datang gelombang cahaya berubah, perbedaan jalur berubah, dan kondisi maksimum terpenuhi untuk cahaya dengan panjang gelombang berbeda.

Warna cerah pada beberapa cangkang (induk mutiara), berwarna-warni dengan segala warna pelangi, dan bulu burung, yang pada permukaannya terdapat sisik transparan tertipis yang tidak terlihat oleh mata, juga dapat dijelaskan dengan adanya interferensi.

Metode interferensi telah diterapkan secara luas di sejumlah bidang ilmu pengetahuan dan teknologi. Pola interferensi sangat sensitif terhadap faktor-faktor yang mengubah perbedaan jalur sinar. Ini adalah dasar untuk pengukuran panjang, kepadatan, indeks bias, kualitas pemolesan permukaan, dll dengan presisi tinggi. Salah satu aplikasinya adalah pencerahan optik. Untuk mengurangi cahaya yang dipantulkan oleh permukaan perangkat optik kaca (misalnya lensa), film tipis transparan khusus diterapkan pada permukaan ini. Ketebalannya dipilih sehingga sinar dengan panjang gelombang tertentu yang dipantulkan dari kedua permukaan sebagian besar padam karena interferensi. Tanpa film pada setiap lensa, hingga 10% energi cahaya akan hilang.

Fenomena penyimpangan cahaya dari arah rambat bujursangkar ketika melewati tepi suatu rintangan disebut difraksi cahaya. Karena panjang gelombang cahaya yang pendek, pola difraksi terlihat jelas jika penghalang atau lubang berukuran kecil (sebanding dengan panjang gelombang). Difraksi cahaya selalu disertai interferensi (prinsip Huygens-Fresnel). Berdasarkan hal ini, saat menerangi disk buram di layar, Anda bisa mendapatkan titik terang di tengah bayangannya, dan dari lubang bundar, titik gelap di tengahnya. Pola difraksi pada cahaya putih berwarna.

Fenomena difraksi cahaya digunakan dalam instrumen spektral. Salah satu elemen utama dari perangkat tersebut adalah kisi difraksi. Kisi difraksi adalah sekumpulan celah sempit paralel, transparan terhadap cahaya, dipisahkan oleh ruang buram (Gbr. 89). Kisi-kisi terbaik memiliki hingga 2000 garis per 1 mm permukaan. Dalam hal ini, panjang total kisi-kisi adalah 100-150 mm. Kisi-kisi seperti itu biasanya diperoleh dengan menerapkan serangkaian goresan paralel - goresan - pada pelat kaca menggunakan mesin khusus. Area yang tidak rusak berperan sebagai retakan, dan goresan yang menyebarkan cahaya berperan sebagai ruang buram. Jika tanda buram (goresan) diterapkan pada permukaan logam yang dipoles, Anda akan mendapatkan apa yang disebut kisi difraksi reflektif. Jumlah Dengan lebar A retakan dan celah B antara celah disebut periode atau konstanta kisi:

Mari kita perhatikan poin-poin utama dari teori dasar kisi difraksi. Biarkan gelombang monokromatik menjadi bidang yang panjangnya aku(Gbr. 90). Sumber sekunder di celah tersebut menciptakan gelombang cahaya yang merambat ke segala arah. Mari kita cari kondisi di mana gelombang yang datang dari celah tersebut saling menguatkan. Untuk melakukan ini, pertimbangkan gelombang yang merambat ke arah yang ditentukan oleh sudut J. Beda lintasan gelombang dari tepi celah yang berdekatan sama dengan panjang ruas AC. Jika segmen ini memuat bilangan bulat panjang gelombang, maka gelombang dari semua celah, jika dijumlahkan, akan saling menguatkan. Dari segitiga ABC Anda dapat menemukan panjang kakinya AC:

Maksimum akan diamati pada suatu sudut J, ditentukan oleh kondisi

,

Di mana k=0, 1, 2,... Maksimum ini disebut main.

Perlu diingat bahwa bila kondisi maksimum terpenuhi, tidak hanya gelombang yang datang dari tepi kiri (sesuai gambar) celah yang diperkuat, tetapi juga gelombang yang datang dari semua titik celah lainnya. Setiap titik pada celah pertama berhubungan dengan sebuah titik pada celah kedua pada jarak tertentu Dengan. Oleh karena itu, perbedaan jalur gelombang sekunder yang dipancarkan oleh titik-titik ini adalah sama, dan gelombang-gelombang ini saling diperkuat.

Lensa pengumpul ditempatkan di belakang kisi, pada bidang fokus tempat layar berada. Lensa memfokuskan sinar yang merambat sejajar dengan satu titik, di mana gelombang bergabung dan terjadi penguatan timbal balik.

Karena posisi maxima (kecuali yang sentral, bersesuaian k=0) bergantung pada panjang gelombangnya kisi membagi cahaya putih menjadi spektrum(Gbr. 91). Lebih aku, semakin jauh jarak maksimum ini atau itu yang sesuai dengan panjang gelombang tertentu dari maksimum pusat. Setiap nilai k sesuai dengan spektrumnya.

Dengan menggunakan kisi difraksi, pengukuran panjang gelombang yang sangat tepat dapat dilakukan. Jika periode kisi diketahui, maka penentuan panjang gelombang dikurangi menjadi pengukuran sudut J, sesuai dengan arah secara maksimal.

Jika Anda memeriksa sayap kupu-kupu di bawah mikroskop, Anda akan melihat bahwa mereka terdiri dari sejumlah besar elemen, yang ukurannya sesuai dengan urutan panjang gelombang cahaya tampak. Jadi, sayap kupu-kupu merupakan sejenis kisi difraksi. Garis pelangi juga terlihat pada mata capung dan serangga lainnya. Hal ini terbentuk karena fakta bahwa mata majemuknya terdiri dari sejumlah besar “mata” individu - segi, yaitu. juga merupakan kisi-kisi difraksi “hidup”.

Interferensi cahaya dipahami sebagai penambahan gelombang cahaya, yang menghasilkan pembentukan pola amplifikasi dan redaman yang stabil. Untuk memperoleh interferensi cahaya, syarat-syarat tertentu harus dipenuhi.

Difraksi cahaya adalah fenomena penyimpangan cahaya dari rambat linier dalam suatu medium yang memiliki ketidakhomogenan yang tajam. Kemungkinan mengamati difraksi bergantung pada rasio panjang gelombang dan besarnya ketidakhomogenan. Dengan tingkat konvensi tertentu, perbedaan dibuat antara difraksi gelombang bola (difraksi Fresnel) dan difraksi gelombang bidang sejajar (difraksi Fraunhofer). Deskripsi pola difraksi dimungkinkan dengan mempertimbangkan interferensi gelombang sekunder.

Bab ini membahas holografi sebagai metode berdasarkan interferensi dan difraksi.

24.1. SUMBER CAHAYA KOHEREN. KONDISI PENGUATAN DAN KELEMAHAN GELOMBANG TERBESAR

Penambahan gelombang yang merambat dalam suatu medium ditentukan oleh penambahan osilasi yang sesuai. Kasus penambahan gelombang elektromagnetik yang paling sederhana diamati ketika frekuensinya sama dan arah vektor listriknya bertepatan. Dalam hal ini amplitudo gelombang yang dihasilkan dapat dicari dengan menggunakan rumus (7.20), yang kuat medan listriknya kita tuliskan dalam bentuk:

Tergantung pada jenis sumber cahaya, hasil penambahan gelombang bisa sangat berbeda.

Pertama, mari kita perhatikan penambahan gelombang yang berasal dari sumber cahaya biasa (lampu, nyala api, Matahari, dll). Setiap sumber tersebut mewakili kumpulan sejumlah besar atom yang memancarkan. Dari-

sebuah atom memancarkan gelombang elektromagnetik selama kurang lebih 10 -8 s, dan radiasinya merupakan kejadian acak, oleh karena itu perbedaan fasa Δ φ dalam rumus (24.1) mengambil nilai acak. Dalam hal ini, nilai rata-rata radiasi semua atom cosΔφ sama dengan nol. Alih-alih (24.1), kita memperoleh persamaan rata-rata untuk titik-titik di ruang angkasa yang menambahkan dua gelombang yang berasal dari dua sumber cahaya biasa:

= + . (24.2)

Karena intensitas gelombang sebanding dengan kuadrat amplitudo, maka dari (24.2) kita mempunyai syarat untuk menjumlahkan intensitasnya. / Gelombang 1 dan / 2:

SAYA= /1+ /2 . (24.3)

Artinya, untuk intensitas radiasi yang berasal dari dua (atau lebih) sumber cahaya biasa, aturan penjumlahan yang cukup sederhana dipenuhi: intensitas radiasi total sama dengan jumlah intensitas gelombang komponen. Hal ini diamati dalam praktik sehari-hari: iluminasi dari dua lampu sama dengan jumlah iluminasi yang dihasilkan oleh masing-masing lampu secara terpisah.

Jika Δφ tetap tidak berubah, terjadi interferensi cahaya. Intensitas gelombang yang dihasilkan mengambil nilai dari minimum hingga maksimum tertentu pada berbagai titik dalam ruang.

Interferensi cahaya muncul dari kecocokan,koherensumber yang memberikan perbedaan fasa yang konstan dari waktu ke waktuΔ φ komponen gelombang pada titik yang berbeda. Gelombang yang memenuhi syarat ini disebutkoheren.

Interferensi dapat dilakukan dari dua gelombang sinus yang frekuensinya sama, namun secara praktis tidak mungkin menghasilkan gelombang cahaya seperti itu, sehingga gelombang koheren diperoleh dengan memisahkan gelombang cahaya yang berasal dari sumbernya.

Metode ini digunakan di metode Jung. Pada jalur gelombang bola yang datang dari suatu sumber S, penghalang buram dengan dua celah dipasang (Gbr. 24.1). Titik-titik pada permukaan gelombang yang mencapai penghalang menjadi pusat gelombang sekunder yang koheren, sehingga celah tersebut dapat dianggap sebagai sumber koheren. Di layar E interferensi diamati.

Cara lainnya adalah dengan memperoleh gambar virtual S" sumber S(Gbr. 24.2) menggunakan cermin satu lapis khusus

(Cermin Lloyd). Sumber S dan S" adalah koheren. Mereka menciptakan kondisi untuk interferensi gelombang. Gambar menunjukkan dua sinar interferensi yang mengenai suatu titik A layar E.

Karena waktu radiasi suatu atom terbatas, perbedaan jalur sinar-sinar tersebut 1 Dan 2 interferensi tidak boleh terlalu besar, sebaliknya pada intinya A gelombang yang berbeda dan tidak koheren akan bertemu. Nilai interferensi terbesar ditentukan melalui kecepatan cahaya dan waktu radiasi atom:

δ = Denganτ = 3? 108. 10-8 = 3 m (24.4)

Pola interferensi dapat dihitung dengan menggunakan rumus (24.1) jika beda fasa gelombang interferensi dan amplitudonya diketahui.

Kasus-kasus khusus menjadi perhatian praktis: amplifikasi gelombang terbesar adalah intensitas maksimum (maks), redaman terbesar - intensitas minimum (menit).

Perhatikan bahwa kondisi maxima dan mini-

Lebih mudah untuk menyatakan intensitas ibu bukan melalui perbedaan fasa, tetapi melalui perbedaan jalur, karena jalur yang dilalui oleh gelombang koheren selama interferensi biasanya diketahui. Mari kita tunjukkan dengan menggunakan contoh interferensi gelombang bidang I, II, yang vektor-vektornya tegak lurus terhadap bidang gambar (Gbr. 24.3).

Osilasi vektor Dan gelombang-gelombang ini pada titik tertentu B, jauhnya pada jarak x 1 dan x 2

masing-masing dari masing-masing sumber, terjadi menurut hukum harmonik Beras. 24.3

24.2. GANGGUAN CAHAYA PADA PELAT TIPIS (FILMS). PEMBERSIHAN OPTIK

Pembentukan gelombang koheren dan interferensi juga terjadi ketika cahaya mengenai pelat atau film tipis transparan. Seberkas cahaya jatuh pada pelat bidang sejajar (Gbr. 24.4). sinar 1 dari pancaran ini tepat sasaran A, dipantulkan sebagian (sinar 2), dibiaskan sebagian (sinar saya). Sinar bias dipantulkan pada batas bawah pelat di titik tersebut M. Sinar pantul dibiaskan pada suatu titik V, keluar pada hari Rabu pertama (ray 3). Sinar 2 Dan 3 terbentuk dari satu berkas, sehingga koheren dan akan berinterferensi. Mari kita cari perbedaan optik pada jalur sinarnya 2 Dan 3. Untuk melakukan ini dari intinya V mari kita menggambar normal Matahari ke sinar. Dari langsung Matahari Sebelum sinar bertemu, perbedaan jalur optiknya tidak akan berubah; lensa atau mata tidak akan menimbulkan perbedaan fasa tambahan.

Sebelum divergensi pada suatu titik A sinar-sinar ini dalam kombinasi dengan sinar-sinar lain yang tidak ditunjukkan pada Gambar. 24.4, membentuk balok 1 dan oleh karena itu, tentu saja, memiliki fase yang sama. sinar 3 berjalan jarak \saya\+ |MV| dalam pelat dengan indeks bias n, sinar 2 - jarak \AC| di udara, maka perbedaan jalur optiknya adalah:

Beras. 24.4

1 Untuk proses siklik, tidak masalah apakah fasenya berkurang atau bertambah sebesar π, oleh karena itu sama saja jika kita berbicara bukan tentang kehilangan, tetapi tentang perolehan setengah gelombang, tetapi terminologi seperti itu tidak digunakan.

Dari (24.22) jelas bahwa gelombang dengan amplitudo yang berbeda secara signifikan mengganggu cahaya yang ditransmisikan, oleh karena itu maxima dan minima sedikit berbeda satu sama lain dan interferensinya hampir tidak terlihat.

Mari kita menganalisis dependensi (24.17) dan (24.18). Jika seberkas radiasi monokromatik sejajar jatuh pada pelat tipis sejajar bidang pada sudut tertentu, maka menurut rumus ini, pelat tampak terang atau gelap pada cahaya yang dipantulkan.

Ketika pelat disinari dengan cahaya putih, kondisi maksimum dan minimum terpenuhi untuk masing-masing panjang gelombang, pelat akan berwarna, dan warna cahaya yang dipantulkan dan ditransmisikan akan saling melengkapi menjadi putih.

Dalam kondisi nyata, berkas datang tidak sejajar dan tidak mempunyai satu sudut datang tertentu Saya. Penyebarannya kecil sekali Saya dengan ketebalan pelat yang signifikan aku dapat menyebabkan perbedaan yang signifikan pada ruas kiri pada rumus (24.17) dan (24.18) dan kondisi maksimum dan minimum tidak akan terpenuhi untuk semua sinar berkas cahaya. Inilah salah satu pertimbangan yang menjelaskan mengapa interferensi hanya dapat diamati pada pelat dan film tipis.

Ketika cahaya monokromatik jatuh pada pelat dengan ketebalan bervariasi, masing-masing bernilai aku sesuai dengan kondisi interferensinya, sehingga pelat tersebut berpotongan dengan garis terang dan gelap (garis) - garis dengan ketebalan yang sama. Jadi, pada irisannya terdapat sistem garis sejajar (Gbr. 24.6), pada celah udara antara lensa dan pelat terdapat cincin (Cincin Newton).

Ketika pelat dengan ketebalan bervariasi disinari dengan cahaya putih, diperoleh bintik dan garis multi-warna: film sabun berwarna,

Beras. 24.6

lapisan minyak dan minyak di permukaan air, warna-warni sayap beberapa serangga dan burung. Dalam kasus ini, transparansi film secara menyeluruh tidak diperlukan.

Interferensi pada film tipis merupakan kepentingan praktis tertentu sehubungan dengan pembuatan perangkat yang mengurangi sebagian kecil energi cahaya yang dipantulkan oleh sistem optik dan meningkatkannya.

oleh karena itu, energi yang disuplai ke sistem perekaman - pelat fotografi, mata, dll. Untuk tujuan ini, permukaan sistem optik dilapisi dengan lapisan tipis oksida logam sehingga untuk panjang gelombang rata-rata tertentu untuk wilayah spektrum tertentu terdapat interferensi minimum pada cahaya yang dipantulkan. Akibatnya proporsi cahaya yang ditransmisikan akan meningkat. Pelapisan permukaan optik dengan film khusus disebut pelapisan optik, dan produk optik itu sendiri dengan pelapisan tersebut disebut optik berlapis.

Jika serangkaian lapisan yang dipilih secara khusus diterapkan pada permukaan kaca, dimungkinkan untuk membuat filter cahaya reflektif, yang karena interferensi, akan mentransmisikan atau memantulkan rentang panjang gelombang tertentu.

24.3. INTERFEROMETER DAN APLIKASINYA. KONSEP MIKROSKOP INTERFERENSI

Interferensi cahaya digunakan pada perangkat khusus - interferometer- untuk mengukur panjang gelombang akurasi tinggi, jarak pendek, indeks bias zat dan menentukan kualitas permukaan optik.

Pada Gambar. 24.7 menunjukkan diagram rangkaian interferometer Michelson, yang termasuk golongan dua berkas, karena gelombang cahaya di dalamnya bercabang dua 1 dan kedua bagiannya, setelah melewati jalur yang berbeda, berinterferensi.

sinar 1 cahaya monokromatik dari suatu sumber S jatuh dengan sudut 45° ke atas pelat kaca yang sejajar bidang A, permukaan belakangnya tembus cahaya karena dilapisi lapisan perak yang sangat tipis. Pada intinya TENTANG balok ini terbagi menjadi dua balok 2 dan 3 yang intensitasnya kurang lebih sama. sinar 2 mencapai cermin I, dipantulkan, dibiaskan pada pelat A dan sebagian keluar dari pelat - balok 2". sinar 3 dari titik TENTANG menuju cermin II, dipantulkan, kembali ke piring A, di mana sebagian dipantulkan - sinar 3" . Sinar 2" Dan 3" , yang masuk ke mata pengamat bersifat koheren, interferensinya dapat didaftarkan.

Biasanya cermin I dan II diposisikan sedemikian rupa sehingga sinarnya 2 Dan 3 Dari divergensi ke pertemuan, jalur-jalur yang panjangnya sama lewat. Sehingga optik

1 Sebenarnya, karena pemantulan ganda, lebih dari dua berkas dapat terbentuk, namun intensitasnya tidak signifikan.

1 Karena perbedaan sudut datang sinar dariS ke piring A atau tegak lurus tidak tegas pada cermin I dan 11, pola interferensi hampir selalu diwakili oleh garis-garis (garis-garis dengan kemiringan atau ketebalan yang sama). Masalah ini tidak dibahas secara rinci.

Seperti yang terlihat, refraktometer interferensi(interferometer yang disesuaikan untuk mengukur indeks bias) mampu mencatat perubahan indeks bias di tempat desimal keenam.

Refraktometer interferensial digunakan, khususnya, untuk tujuan sanitasi dan higienis untuk menentukan kandungan gas berbahaya.

Dengan menggunakan interferometer, Michelson membuktikan independensi kecepatan cahaya dari pergerakan bumi, yang merupakan salah satu fakta eksperimental yang melahirkan teori relativitas khusus.

Kombinasi interferometer dua sinar dan mikroskop, yang disebut mikroskop interferensi, digunakan dalam biologi untuk mengukur indeks bias, konsentrasi bahan kering, dan ketebalan benda mikro transparan.

Diagram skema mikroskop interferensi ditunjukkan pada Gambar. 24.8. Seberkas cahaya, seperti pada interferometer, pada suatu titik A bercabang dua, satu sinar melewati objek mikro transparan M, dan yang lainnya - di luarnya. Pada intinya D sinar-sinar itu menyambung dan berinterferensi; hasil interferensi tersebut digunakan untuk menilai parameter yang diukur.

24.4. PRINSIP HUYGENS-FRENEL

Perhitungan dan penjelasan difraksi cahaya kira-kira dapat dilakukan dengan menggunakan prinsipHuygens-Fresnel.

Menurut Huygens, setiap titik pada permukaan gelombang yang dicapai gelombang pada suatu saat tertentu adalah pusat gelombang sekunder dasar, selubung luarnya akan menjadi permukaan gelombang pada saat berikutnya (Gbr. 24.9; S 1 dan S 2 masing-masing adalah permukaan gelombang pada saat t 1 Dan t 2 ; t 2 > t 1).

Fresnel melengkapi posisi Huygens ini dengan memperkenalkan gagasan koherensi sekunder gelombang dan interferensinya.

Dalam bentuk umum ini, ide-ide ini disebut prinsipHuygens-Fresnel.

Untuk menentukan hasil difraksi pada suatu titik tertentu dalam ruang, perlu dihitung menurut prinsip Huygens,

Beras. 24.9

Fresnel, interferensi gelombang sekunder yang tiba pada titik tertentu dari permukaan gelombang. Untuk permukaan gelombang yang bentuknya berubah-ubah, perhitungan seperti itu cukup rumit, tetapi dalam beberapa kasus (permukaan gelombang bulat atau datar, letak titik yang simetris relatif terhadap permukaan gelombang dan penghalang buram) perhitungannya relatif sederhana. Permukaan gelombang dibagi menjadi beberapa bagian terpisah (zona Fresnel), disusun dengan cara tertentu, yang menyederhanakan operasi matematika.

24.5. DIFRAKSI DENGAN CELAH PADA SINAR PARALEL

Ke celah sempit panjang yang terletak di penghalang buram datar M N, Seberkas cahaya monokromatik bidang sejajar jatuh secara normal (Gbr. 24.10; \AB | = A- lebar slot; aku- lensa konvergen dengan layar yang terletak pada bidang fokus E untuk mengamati pola difraksi).

Jika tidak ada difraksi, maka sinar cahaya yang melewati celah tersebut akan terfokus pada suatu titik TENTANG, terletak pada sumbu optik utama lensa. Difraksi cahaya oleh celah mengubah fenomena secara signifikan.

Kita asumsikan bahwa semua sinar berkas cahaya berasal dari satu sumber yang jauh 1 dan, oleh karena itu, koheren. AB adalah bagian dari permukaan gelombang, yang setiap titiknya merupakan pusat gelombang sekunder yang merambat di belakang celah ke segala arah. Tidak mungkin untuk menggambarkan semua gelombang sekunder ini, oleh karena itu pada Gambar. Gambar 24.10 hanya menunjukkan gelombang sekunder yang merambat pada sudut α terhadap arah sinar datang dan kisi normal. Lensa akan mengumpulkan gelombang-gelombang ini pada suatu titik TENTANG" layar, di mana interferensi mereka akan diamati. (Posisi titik TENTANG" diperoleh sebagai perpotongan dengan bidang fokus sumbu sekunder CO lensa yang digambar pada sudut α.)

Untuk mengetahui akibat interferensi gelombang sekunder, kita akan membuat konstruksi berikut. Mari kita menggambar garis tegak lurus IKLAN ke arah

1 Sumber hampir titik dapat ditempatkan pada fokus lensa yang tidak ditunjukkan pada Gambar. 24.10, Jadi seberkas gelombang koheren sejajar akan merambat dari lensa.

Beras. 24.10

pancaran gelombang sekunder. Jalur semua gelombang sekunder dari IKLAN sebelum TENTANG" akan menjadi tau-tochronous, lensa tidak akan menimbulkan perbedaan fasa tambahan di antara keduanya, oleh karena itu perbedaan jalur yang terbentuk pada gelombang sekunder kodok, akan disimpan pada saat itu TENTANG".

Mari kita uraikan BD menjadi segmen-segmen yang sama dengan λ /2. Dalam kasus yang ditunjukkan pada Gambar. 24.10, diperoleh tiga segmen seperti itu: \ВВ 2\ = \B 2 B 1\ = \B 1 D\ = /2. Menggambar dari poin-poin PADA 2 Dan DALAM 1 lurus, paralel IKLAN. mari kita membagi AB untuk menyamai zona Fresnel: \AA 1\ = | AA 2 | = |A 2 B\. Setiap gelombang sekunder yang datang dari titik mana pun dalam satu zona Fresnel dapat menemukan gelombang sekunder yang sesuai di zona tetangga sehingga perbedaan jalur di antara keduanya adalah λ /2.

Misalnya gelombang sekunder datang dari suatu titik Sebuah 2 dalam arah yang dipilih, merambat ke titik O" dengan jarak λ / 2 lebih besar dari gelombang yang datang dari titik A 1, dst. Akibatnya, gelombang sekunder yang datang dari dua zona Fresnel yang berdekatan akan saling menghilangkan, karena fasenya berbeda pada π.

Banyaknya zona yang masuk ke dalam celah bergantung pada panjang gelombang λ dan sudut α. Jika kesenjangan AB ketika membangun, dibagi menjadi zona Fresnel dalam jumlah ganjil, a BD- dengan jumlah ruas ganjil sama dengan /2, maka di titik O" ada intensitas maksimum cahaya:

Arah yang berhubungan dengan sudut α = 0 juga berhubungan dengan maksimum, karena semua gelombang sekunder akan sampai TENTANG dalam fase yang sama.

Jika kesenjangan AB dibagi menjadi beberapa zona Fresnel yang jumlahnya genap, lalu kita amati intensitas minimum cahaya:

Beras. 24.11

Jadi di layar eh akan diperoleh sistem garis terang (maksimum) dan gelap (minimum), yang pusatnya sesuai dengan kondisi (24.26) atau (24.27), terletak simetris di kiri dan kanan pusat (α = 0), paling terang, garis. Intensitas Saya maksimum yang tersisa berkurang seiring dengan bertambahnya jarak dari maksimum pusat (Gbr. 24.11).

Jika celah tersebut disinari dengan cahaya putih, maka di layar eh[cm. (24.26), (24.27)] terbentuk sistem garis-garis berwarna, hanya maksimum pusat yang akan mempertahankan warna cahaya datang, karena pada = 0 semua panjang gelombang cahaya diperkuat.

Difraksi cahaya, seperti interferensi, dikaitkan dengan redistribusi energi gelombang elektromagnetik di ruang angkasa. Dalam pengertian ini, celah pada layar buram bukan hanya sebuah sistem yang membatasi penerapan fluks cahaya, namun merupakan pendistribusi ulang fluks ini dalam ruang.

Untuk memahami pengaruh hubungan antara lebar celah dan panjang gelombang terhadap kemampuan mengamati pola difraksi, perhatikan beberapa kasus khusus:

24.6. GRATING DIFRAKSI. SPEKTRUM DIFRAKSI

Kisi difraksi- perangkat optik yang merupakan kumpulan sejumlah besar celah paralel, biasanya berjarak sama.

Kisi difraksi dapat diperoleh dengan menerapkan goresan buram (striasi) pada pelat kaca. Tempat yang tidak tergores - retakan - akan membiarkan cahaya masuk; guratan-guratan yang sesuai dengan jarak antara celah-celah itu tersebar dan tidak memancarkan cahaya. Penampang kisi difraksi (a) dan simbolnya (b) ditunjukkan pada

beras. 24.12.

Jarak antara pusat celah yang berdekatan disebut konstanta atau periode kisi difraksi:

Di mana A- lebar slot; B- lebar celah antar slot.

Jika seberkas gelombang koheren jatuh pada kisi, maka gelombang sekunder yang merambat ke segala arah akan berinterferensi sehingga membentuk pola difraksi.

Biarkan seberkas gelombang koheren sejajar bidang jatuh secara normal pada kisi (Gbr. 24.13). Mari kita pilih arah gelombang sekunder tertentu pada sudut α relatif terhadap garis normal terhadap kisi. Sinar-sinar yang datang dari titik ekstrim dua celah yang berdekatan mempunyai beda lintasan δ = \A"B"\. Perbedaan jalur yang sama akan terjadi untuk gelombang sekunder yang datang dari pasangan titik celah yang berdekatan. Jika perbedaan jalur ini merupakan kelipatan bilangan bulat panjang gelombang, maka akan terjadi interferensi maksimal utama, yang kondisinya terpenuhi

Di mana k= 0, 1, 2 - urutan maxima utama. Mereka terletak secara simetris di tengah (k= 0, α = 0). Kesetaraan (24.29) adalah rumus dasar kisi difraksi.

Di antara maxima utama, terbentuk minima (tambahan), yang jumlahnya tergantung pada jumlah semua celah kisi. Mari kita turunkan kondisi minimum tambahan. Misalkan selisih lintasan gelombang sekunder yang merambat pada sudut α dari titik-titik celah yang berdekatan sama dengan λ/N, yaitu:

Di mana N- jumlah celah kisi difraksi. Perbedaan jalur ini δ [lihat (24.9)] sesuai dengan perbedaan fasa Δφ = 2π /N.

Jika kita berasumsi bahwa gelombang sekunder dari celah pertama mempunyai fase nol pada saat penambahan dengan gelombang lain, maka fase gelombang dari celah kedua adalah 2π/N, dari celah ketiga - 4π/N, dari celah keempat - 6π/N, dst. Hasil penjumlahan gelombang-gelombang ini, dengan mempertimbangkan perbedaan fasa, dapat diperoleh dengan mudah menggunakan diagram vektor: jumlah N vektor kuat medan listrik (atau magnet) yang identik, sudut antara vektor tetangganya adalah 2π/N, sama dengan nol. Artinya kondisi (24.30) sesuai dengan minimum. Jika beda lintasan gelombang sekunder dari celah yang berdekatan adalah δ = 2(λ/N) atau beda fasa adalah Δφ = 2(2π/N), maka akan diperoleh interferensi minimum gelombang sekunder yang datang dari semua celah, dan seterusnya.

Seperti ilustrasi pada Gambar. Gambar 24.14 menunjukkan diagram vektor yang berhubungan dengan kisi difraksi yang terdiri dari enam celah: E 1, E 2 dan dll. - vektor intensitas komponen listrik gelombang elektromagnetik dari yang pertama, kedua, dst. celah th.

Lima minimum tambahan yang timbul selama interferensi (jumlah vektornya nol) diamati ketika beda fasa gelombang yang datang dari celah tetangga adalah 60° (a), 120° (b), 180° (c), 240° (d ) dan 300° (d).

Dengan demikian, kita dapat memverifikasi bahwa ada antara pusat dan masing-masing maksimum utama pertama Ν - 1 minimum tambahan yang memenuhi ketentuan:

Beras. 24.15

Ketika cahaya putih atau cahaya non-monokromatik lainnya jatuh pada kisi difraksi, setiap maksimum utama, kecuali maksimum pusat, akan didekomposisi menjadi suatu spektrum [lihat. (24.29)]. Pada kasus ini k menunjukkan urutan spektrum.

24.7. DASAR-DASAR ANALISIS STRUKTUR SINAR-X

Rumus dasar (24.29) kisi difraksi dapat digunakan tidak hanya untuk menentukan panjang gelombang, tetapi juga untuk menyelesaikan masalah kebalikannya - mencari konstanta kisi difraksi dari panjang gelombang yang diketahui. Tugas sederhana dalam kaitannya dengan kisi difraksi konvensional mengarah pada masalah yang praktis penting - pengukuran parameter kisi kristal melalui difraksi sinar-X, yang merupakan isi dari analisis struktur sinar-X.

Misalkan dua kisi difraksi digabungkan, yang garis-garisnya tegak lurus. Untuk kisi, kondisi maxima utama terpenuhi:

Sudut α 1 dan α 2 diukur dalam arah yang saling tegak lurus. Dalam hal ini, sistem titik akan muncul di layar, yang masing-masing sesuai dengan sepasang nilai k 1 Dan k 2 atau α 1 dan α 2. Jadi, di sini Anda dapat menemukannya dari 1 Dan dari 2 berdasarkan posisi titik difraksi.

Struktur periodik volumetrik alami adalah kristal, molekul besar, dll. Gelombang sekunder dalam kristal muncul sebagai akibat interaksi sinar primer dengan elektron atom.

Untuk mengamati pola difraksi dengan jelas, hubungan tertentu harus dipenuhi antara panjang gelombang dan parameter struktur periodik (lihat 24.5). Kondisi optimal berhubungan dengan kira-kira urutan yang sama dari nilai-nilai ini. Mengingat jarak antara pusat hamburan (atom) dalam kristal (~10 -10 m) kira-kira sama dengan panjang gelombang radiasi sinar-X,

Pada Gambar. Pada Gambar 24.19, garis putus-putus menunjukkan dua bidang kristalografi yang berdekatan. Interaksi radiasi sinar-X dengan atom dan terjadinya sekunder

Gelombang-gelombang ini secara sederhana dapat dianggap sebagai pantulan dari bidang.

Biarkan sinar-X jatuh pada kristal dengan sudut penggembalaan θ 1 Dan 2; 1" dan 2" - sinar pantulan (sekunder), SE Dan CF - tegak lurus terhadap sinar datang dan sinar pantul. Perbedaan lintasan sinar pantul 1" dan 2":

Di mana aku - jarak antarplanar.

Interferensi maksimum selama refleksi terjadi ketika perbedaan jalur sama dengan bilangan bulat panjang gelombang:

Ini Rumus Wulff-Bragg.

Apabila radiasi sinar-X monokromatik menimpa suatu kristal dengan sudut yang berbeda, maka pemantulan terbesar (maksimum) adalah pada sudut yang memenuhi kondisi (24.42). Apabila mengamati seberkas radiasi sinar-X dengan spektrum kontinu pada sudut penggembalaan tertentu, maka difraksi maksimum akan terjadi pada panjang gelombang yang memenuhi kondisi Wulf-Bragg.

P. Debye dan P. Scherrer mengusulkan metode analisis struktur sinar-X berdasarkan difraksi sinar-X monokromatik dalam benda polikristalin (biasanya bubuk terkompresi). Di antara sekian banyak kristalit akan selalu ada kristal yang /, θ dan knya sama, dan nilai-nilai ini sesuai dengan rumus Wulff-Bragg. Ray yang Rusak 2 (maksimum) akan menjadi sudut 2 θ dengan pa-

memberikan rontgen L (Gbr. 24.20, a). Karena kondisi (24.42) sama untuk banyak kristal, orientasinya berbeda, sinar-X yang terdifraksi membentuk kerucut di ruang angkasa, yang titik puncaknya terletak pada objek yang diteliti, dan sudut bukaannya adalah 4θ (Gbr. 24.20, b). Kumpulan besaran lainnya aku, θ dan k, kondisi yang memuaskan (24.42), akan sesuai dengan kondisi lainnya

kerucut goy. Pada film fotografi, sinar-X membentuk radiograf (Debyegram) berbentuk lingkaran (Gbr. 24.21) atau busur.

Difraksi sinar-X juga diamati ketika dihamburkan oleh padatan, cairan, dan gas amorf. Dalam hal ini, gambar sinar-X menghasilkan cincin yang lebar dan buram.

Saat ini, analisis difraksi sinar-X dari molekul dan sistem biologis banyak digunakan: pada Gambar. Gambar 24.22 menunjukkan pola difraksi sinar-X pada protein. Dengan menggunakan metode ini, J. Watson dan F. Crick menetapkan struktur DNA dan dianugerahi Hadiah Nobel (1962). Penggunaan difraksi sinar-X dari kristal untuk mempelajari komposisi spektralnya termasuk dalam bidang spektroskopi sinar-X.

24.8. KONSEP HOLOGRAFI DAN KEMUNGKINAN APLIKASINYA DALAM PENGOBATAN

Holografi 1- metode perekaman dan rekonstruksi gambar berdasarkan interferensi gelombang dan difraksi.

Ide holografi pertama kali diungkapkan oleh D. Gabor pada tahun 1948, namun penggunaan praktisnya menjadi mungkin setelah munculnya laser.

1 Holografi (Yunani) - metode perekaman penuh.

Pemaparan holografi sebaiknya dimulai dengan perbandingan dengan fotografi. Saat memotret, intensitas gelombang cahaya yang dipantulkan suatu objek terekam dalam film. Gambar dalam hal ini adalah kumpulan titik-titik gelap dan terang. Fase gelombang yang tersebar tidak terekam, sehingga sebagian besar informasi tentang objek tersebut hilang.

Holografi memungkinkan Anda merekam dan mereproduksi informasi yang lebih lengkap tentang suatu objek, dengan mempertimbangkan amplitudo dan fase gelombang yang dihamburkan oleh objek tersebut. Registrasi fase dimungkinkan karena interferensi gelombang. Untuk tujuan ini, dua gelombang koheren dikirim ke permukaan pemasangan cahaya: gelombang referensi, yang datang langsung dari sumber cahaya atau cermin yang digunakan sebagai perangkat tambahan, dan gelombang sinyal, yang muncul ketika sebagian dari gelombang referensi dihamburkan. (dicerminkan) oleh suatu objek dan berisi informasi yang relevan tentangnya.

Pola interferensi yang dibentuk oleh penambahan sinyal dan gelombang referensi dan direkam pada pelat peka cahaya disebut hologram.Untuk mengembalikan gambar, hologram disinari dengan gelombang referensi yang sama.

Mari kita tunjukkan dengan beberapa contoh bagaimana hologram diperoleh dan gambar dipulihkan.

Hologram gelombang bidang

Dalam hal ini, gelombang sinyal bidang /, yang datang pada sudut α 1 pada pelat fotografi, direkam pada hologram F(Gbr. 24.23).

Gelombang referensi II jatuh secara normal, sehingga fasenya sama di semua titik pelat fotografi secara bersamaan. Fase gelombang sinyal karena kejadian miringnya berbeda pada titik berbeda pada lapisan fotosensitif. Oleh karena itu, perbedaan fasa antara sinar referensi dan gelombang sinyal bergantung pada tempat pertemuan sinar-sinar tersebut pada pelat fotografi dan, menurut kondisi interferensi maksimum dan minimum, hologram yang dihasilkan akan terdiri dari gelap dan terang. garis-garis.

Membiarkan aduh(Gbr. 24.23, b) sesuai dengan jarak antara pusat pinggiran interferensi gelap atau terang terdekat. Artinya fase-fase poin A Dan V dalam gelombang sinyal berbeda 2π. Setelah membangun normal ac pada sinarnya (muka gelombang), mudah untuk melihat fase titik-titik tersebut A Dan Dengan adalah sama. Perbedaan fase titik V Dan Dengan dengan 2π berarti \ВС\ = λ. Dari persegi panjang aavs kita punya

Jadi, dalam contoh ini, hologram mirip dengan kisi difraksi, karena area getaran yang diperkuat (maksimum) dan melemah (minimum) terekam pada permukaan fotosensitif, jaraknya aduh antara yang ditentukan oleh rumus (24.43).

Karena gelombang sinyal terbentuk ketika bagian acuan dipantulkan dari suatu benda, maka jelaslah bahwa dalam hal ini benda tersebut adalah cermin datar atau prisma, yaitu. perangkat yang mengubah gelombang referensi datar menjadi gelombang sinyal datar (rincian teknis tidak ditunjukkan pada Gambar 24.23a).

Dengan mengirimkan gelombang referensi ke hologram Saya(Gbr. 24.24), mari kita lakukan difraksi (lihat 24.6). Menurut (24.29), maxima utama pertama (k = 1) berhubungan dengan arah

Dari (24.46) jelas arah gelombangnya Saya"(Gbr. 24.24), difraksi pada sudut a 1, sesuai dengan sinyal sinyal: ini adalah bagaimana gelombang yang dipantulkan (hamburan) oleh suatu benda dipulihkan. Melambai Saya"" dan gelombang maksimum utama yang tersisa (tidak ditunjukkan pada gambar) juga mereproduksi informasi yang terekam dalam hologram.

Hologram sebuah titik

Salah satu bagian gelombang acuan II mengenai suatu benda titik A(Gbr. 24.25, a) dan menyebar darinya dalam bentuk gelombang sinyal bola SAYA, bagian lainnya adalah cermin datar Z diarahkan ke pelat fotografi F, tempat gelombang ini berinterferensi. Sumber radiasinya adalah laser L. Pada Gambar. 24.25, b secara skematis menggambarkan hologram yang dihasilkan.

Meskipun dalam contoh ini gelombang sinyal berbentuk bola, kita dapat menerapkan rumus (24.45) dengan beberapa perkiraan dan memperhatikan bahwa dengan bertambahnya sudut α 1 (lihat Gambar 24.23, a), jaraknya berkurang AB antara garis-garis yang berdekatan. Busur bawah pada hologram (Gbr. 24.25, b) terletak lebih dekat.

Jika Anda memotong strip sempit dari hologram, yang ditunjukkan oleh garis putus-putus pada Gambar. 24.25, b, maka akan serupa dengan kisi difraksi sempit, konstanta yang berkurang searah sumbu X. Pada kisi seperti itu, deviasi gelombang sekunder yang sesuai dengan maksimum utama pertama meningkat seiring dengan meningkatnya koordinat X retak [lihat (24.41)]: Dengan menjadi lebih kecil | sina| - lagi.

Jadi, ketika merekonstruksi gambar menggunakan gelombang referensi bidang, gelombang yang terdifraksi tidak lagi berbentuk bidang. Pada Gambar. 24.26 menunjukkan gelombang SAYA", membentuk bayangan maya A" titik A, dan gelombang menciptakan bayangan sebenarnya A."

Karena gelombang yang dihamburkan oleh suatu benda tiba bersama dengan gelombang referensi di semua titik hologram, semua bagiannya berisi informasi tentang objek tersebut, dan tidak perlu menggunakan seluruh hologram untuk memulihkan gambar. Namun perlu dicatat,

bahwa gambar yang direkonstruksi menjadi lebih buruk, semakin kecil bagian hologram yang digunakan untuk ini. Dari Gambar. 24.26 terlihat bahwa bayangan maya dan bayangan nyata juga terbentuk jika dilakukan rekonstruksi, misalnya pada bagian bawah hologram (garis putus-putus), tetapi bayangan tersebut dibentuk oleh jumlah sinar yang lebih sedikit.

Objek apa pun adalah kumpulan titik, sehingga alasan yang diberikan untuk satu titik dapat digeneralisasikan ke holografi objek apa pun. Gambar holografik bersifat tiga dimensi, dan persepsi visualnya tidak berbeda dengan persepsi objek yang bersangkutan 1: penglihatan yang jelas dari berbagai titik pada gambar dilakukan melalui adaptasi mata (lihat 26.4); Ketika sudut pandang berubah, perspektif pun berubah; beberapa detail gambar mungkin mengaburkan detail lainnya.

Saat memulihkan gambar, Anda dapat mengubah panjang gelombang referensi. Misalnya, hologram yang dibentuk oleh gelombang elektromagnetik tak kasat mata (ultraviolet, inframerah, dan sinar X) dapat dipulihkan dengan cahaya tampak. Karena kondisi pemantulan dan penyerapan gelombang elektromagnetik oleh benda bergantung, khususnya, pada panjang gelombang, fitur holografi ini memungkinkan untuk digunakan sebagai metode. intravisi, atau introskopi 2.

Prospek yang sangat menarik dan penting terbuka sehubungan dengan holografi ultrasonik. Setelah memperoleh hologram dalam gelombang mekanik ultrasonik, dapat dipulihkan dengan cahaya tampak. Di masa depan, holografi ultrasonik dapat digunakan dalam pengobatan untuk memeriksa organ dalam manusia untuk tujuan diagnostik, menentukan jenis kelamin anak dalam kandungan, dll. Mengingat kandungan informasi yang lebih besar dari metode ini dan bahaya USG yang jauh lebih rendah dibandingkan dengan radiasi sinar-X, hal ini dapat diharapkan

1 Beberapa perbedaan disebabkan oleh gambar monokromatik, yang tidak dapat dihindari saat merekam dan memulihkan gelombang monokromatik.

2 Pendahuluan (lat.)- di dalam dan skopeo (lat.)- Aku menonton. Pengamatan visual terhadap objek, fenomena dan proses dalam benda dan media yang buram secara optik, serta dalam kondisi visibilitas yang buruk.

menyarankan bahwa di masa depan, introskopi holografik ultrasonik akan menggantikan diagnostik sinar-X tradisional.

Penerapan holografi biomedis lainnya melibatkan mikroskop holografik. Perangkatnya didasarkan pada fakta bahwa gambar suatu objek diperbesar jika hologram yang direkam dengan gelombang referensi bidang disinari oleh gelombang bola divergen.

Fisikawan Soviet, pemenang Hadiah Lenin Yu.N. berkontribusi pada pengembangan holografi. Denisyuk yang mengembangkan metode holografi warna.

Interferensi dan difraksi gelombang. Efek Doppler.

Ketika beberapa gelombang merambat secara bersamaan, perpindahan partikel medium adalah jumlah vektor perpindahan yang terjadi jika setiap gelombang merambat secara terpisah. Dengan kata lain, gelombang-gelombang tersebut saling tumpang tindih tanpa saling mendistorsi. Fakta eksperimental ini diketahui oleh Leonardo da Vinci, yang memperhatikan bahwa lingkaran gelombang di air dari sumber berbeda melewati satu sama lain dan menyebar lebih jauh tanpa mengalami perubahan apa pun. Pernyataan tentang perambatan bebas beberapa gelombang disebut prinsip superposisi gerak gelombang.Kita telah membahas perambatan dalam satu arah dari dua gelombang monokromatik yang terpolarisasi sama dengan frekuensi yang sama. Sebagai hasil dari superposisi gelombang tersebut, diperoleh gelombang hampir sinusoidal dengan amplitudo yang bervariasi secara berkala dalam ruang. “Potret” gelombang semacam itu tampak seperti kumpulan gelombang yang mengikuti satu sama lain, dan osilasi yang disebabkan oleh gelombang pada suatu titik tetap bersifat ketukan.

Gelombang yang koheren.

Yang menarik adalah kasus penambahan gelombang koheren, yaitu gelombang yang berasal dari sumber yang konsisten. Contoh paling sederhana dari gelombang koheren adalah gelombang monokromatik dengan frekuensi yang sama dengan beda fasa yang konstan. Untuk gelombang yang benar-benar monokromatik, persyaratan perbedaan fasa yang konstan tidak diperlukan, karena gelombang tersebut memanjang tanpa batas dalam ruang dan waktu dan dua gelombang dengan frekuensi yang sama selalu memiliki perbedaan fasa yang konstan. Namun proses gelombang nyata, bahkan yang mendekati monokromatik, selalu memiliki batas yang terbatas. Agar gelombang kuasi-monokromatik, yang merupakan rangkaian segmen gelombang sinus, menjadi koheren, persyaratan perbedaan fasa yang konstan adalah wajib. Sebenarnya, konsep koherensi gelombang lebih kompleks daripada yang dijelaskan di atas. Kita akan mengenalnya lebih detail ketika mempelajari optik.Pola osilasi yang ditimbulkan oleh gelombang ini bersifat stasioner, pada setiap titik terjadi osilasi dengan amplitudo yang tidak bergantung pada waktu. Tentu saja, amplitudo osilasi akan berbeda pada titik yang berbeda.Misalnya, dua sumber koheren yang terletak berjauhan satu sama lain menciptakan gelombang bola, yang interferensinya diamati pada titik tersebut (Gbr. 201). Beras. 201. Terhadap interferensi gelombang dari dua sumber titik

Jika jarak sumber ke titik pengamatan lebih besar dibandingkan jarak antar sumber, maka amplitudo kedua gelombang pada titik pengamatan akan hampir sama. Arah perpindahan titik-titik dalam medium yang disebabkan oleh gelombang-gelombang tersebut di tempat pengamatan juga akan sama, Akibat interferensi pada suatu titik akan bergantung pada beda fasa antara gelombang-gelombang yang sampai pada titik tersebut. Jika sumber-sumber berosilasi dalam satu fasa, maka beda fasa gelombang di suatu titik hanya bergantung pada perbedaan lintasan gelombang dari sumber ke titik pengamatan. Jika perbedaan jalur ini sama dengan bilangan bulat panjang gelombang, maka gelombang tiba pada suatu titik dalam fase dan, jika dijumlahkan, menghasilkan osilasi dengan amplitudo dua kali lipat. Jika beda jalur sama dengan jumlah setengah gelombang ganjil, maka gelombang sampai di titik P dalam antifase dan saling “membatalkan”, amplitudo osilasi yang dihasilkan adalah nol. Untuk nilai antara perbedaan jalur, amplitudo osilasi pada titik pengamatan mengambil nilai tertentu dalam interval antara kasus pembatas yang ditunjukkan. Setiap titik medium dicirikan oleh nilai amplitudo osilasi tertentu, yang tidak berubah seiring waktu. Distribusi amplitudo ini dalam ruang disebut interferensi dan pola osilasi.Peredaman osilasi di beberapa tempat dan amplifikasi di tempat lain selama interferensi gelombang, secara umum, tidak terkait dengan transformasi energi osilasi. Pada titik di mana osilasi dari dua gelombang saling meniadakan, energi gelombang sama sekali tidak diubah menjadi bentuk lain, misalnya panas. Semuanya bermuara pada redistribusi aliran energi di ruang angkasa, sehingga energi osilasi minimum di beberapa tempat dikompensasi oleh maksimum di tempat lain, sesuai dengan hukum kekekalan energi. , tidak perlu memiliki dua sumber koheren yang independen. Gelombang kedua, yang koheren dengan gelombang asal, dapat diperoleh sebagai hasil pemantulan gelombang asal dari batas medium tempat rambat gelombang. Dalam hal ini, gelombang datang dan gelombang pantul berinterferensi.

Gelombang berdiri.

Jika gelombang bidang monokromatik datang secara normal pada antarmuka bidang antara dua media, maka sebagai akibat dari pemantulan dari batas tersebut muncul pula gelombang bidang yang merambat dalam arah yang berlawanan. Fenomena serupa terjadi ketika gelombang yang merambat dalam suatu dawai dipantulkan dari ujung dawai yang tetap atau bebas. Jika amplitudo gelombang datang dan gelombang pantul sama, maka terbentuklah gelombang berdiri akibat interferensi. Pada gelombang berdiri, seperti halnya interferensi gelombang pada umumnya, setiap titik medium melakukan osilasi harmonik dengan amplitudo tertentu, yang berbeda dengan gelombang berjalan, mempunyai nilai berbeda pada titik medium yang berbeda ( Gambar 202).

Titik dimana amplitudo getaran dawai mencapai maksimum disebut antinode gelombang berdiri. Titik-titik yang amplitudo osilasinya nol disebut node. Jarak antara titik-titik yang berdekatan sama dengan setengah panjang gelombang berjalan. Grafik amplitudo gelombang berdiri versus ditunjukkan pada Gambar. 202. Pada gambar yang sama, garis putus-putus menunjukkan kedudukan tali pada saat tertentu.Goyangan semua titik tali yang terletak di antara dua simpul terdekat terjadi dalam fasa yang sama. Getaran titik-titik tali yang terletak pada sisi berlawanan dari simpul terjadi pada antifase. Hubungan fase dalam gelombang berdiri terlihat jelas dari Gambar. 202. Gelombang berdiri yang timbul ketika dipantulkan dari ujung bebas tali dianggap dengan cara yang sama.

Gelombang berdiri dan pendulum.

Partikel dawai yang terletak pada titik simpul gelombang berdiri tidak bergerak sama sekali. Oleh karena itu, tidak ada perpindahan energi yang terjadi melalui titik nodal. Gelombang berdiri pada hakikatnya bukan lagi gerak gelombang, meskipun diperoleh dari interferensi dua gelombang yang amplitudonya sama yang merambat satu sama lain. Fakta bahwa gelombang berdiri sebenarnya bukan lagi gelombang, melainkan hanya osilasi, juga dapat dilihat dari pertimbangan energi.Pada gelombang berjalan, energi kinetik dan energi potensial pada setiap titik berosilasi dalam fase yang sama. Dalam gelombang berdiri, seperti dapat dilihat misalnya pada Gambar. 202, osilasi energi kinetik dan energi potensial mengalami pergeseran fasa dengan cara yang sama seperti pada osilasi bandul pada saat semua titik tali secara bersamaan melewati posisi setimbang, energi kinetik tali maksimum, dan energi potensialnya sama dengan nol, karena tali pada saat ini tidak mengalami deformasi. Permukaan gelombang. Representasi visual perambatan gelombang monokromatik pada medium elastis atau pada permukaan air diberikan oleh gambar permukaan gelombang. Semua titik medium yang terletak pada permukaan gelombang yang sama saat ini mempunyai fase osilasi yang sama. Dengan kata lain permukaan gelombang adalah permukaan yang fasenya konstan.Persamaan permukaan gelombang dapat diperoleh dengan menyamakan fase dalam persamaan gelombang dengan nilai konstan. Misalnya, untuk gelombang bidang yang dijelaskan oleh persamaan tersebut, kita memperoleh persamaan permukaan gelombang dengan menyamakan argumen kosinus dengan konstanta sembarang, terlihat bahwa untuk momen waktu tertentu persamaan tersebut adalah persamaan a bidang yang tegak lurus terhadap sumbu. Seiring waktu, bidang ini bergerak dengan kecepatan dan sepanjang sumbu yang sejajar dengan dirinya. Untuk gelombang bola yang dijelaskan oleh persamaan, permukaan fase konstan diberikan oleh persamaan. Permukaan gelombang dalam hal ini adalah bola, pusatnya yang bertepatan dengan pusat gelombang, dan jari-jarinya bertambah dengan kecepatan konstan.

Gelombang depan.

Perlu dibedakan antara konsep permukaan gelombang dan muka gelombang. Permukaan gelombang diperkenalkan untuk gelombang monokromatik, sebenarnya, memanjang tak terhingga, selama perambatan di mana semua titik medium melakukan osilasi harmonik. Tentu saja, konsep ini juga dapat diterapkan pada kasus yang lebih umum dari proses gelombang stasioner, di mana semua titik medium melakukan osilasi periodik (tetapi tidak harus harmonik) sesuai dengan hukum fungsi periodik arbitrer dari argumennya. Permukaan gelombang dalam hal ini memiliki penampakan yang persis sama dengan gelombang monokromatik.Konsep muka gelombang mengacu pada proses perambatan gelombang non-stasioner suatu gangguan. Biarkan seluruh medium diam dan pada suatu saat sumber osilasi dinyalakan, yang darinya gangguan mulai merambat dalam medium. Muka gelombang adalah suatu permukaan yang memisahkan titik-titik medium yang mulai bergerak dari titik-titik yang belum tercapai gangguannya. Jelaslah bahwa dalam medium isotropik homogen, muka gelombang dari sumber osilasi bidang adalah bidang, dan muka gelombang dari sumber titik adalah bola.Ketika gelombang merambat dalam medium homogen, menemukan permukaan gelombang tidaklah sulit. Namun jika terdapat ketidakhomogenan, penghalang, antarmuka dalam medium, penemuan permukaan gelombang menjadi lebih rumit. Prinsip Huygens. Teknik sederhana untuk membangun permukaan gelombang diusulkan oleh Huygens. Prinsip Huygens memungkinkan seseorang menemukan permukaan gelombang pada suatu saat tertentu jika posisinya pada saat sebelumnya diketahui. Untuk melakukan ini, setiap titik permukaan gelombang pada suatu waktu harus dianggap sebagai sumber gelombang sekunder (Gbr. 203). Setelah jangka waktu tertentu, permukaan gelombang dari setiap gelombang sekunder mewakili radius bola dalam media homogen. Permukaan gelombang yang diinginkan pada saat itu adalah selubung geometris permukaan gelombang gelombang sekunder. Prinsip Huygens juga dapat digunakan untuk mencari muka gelombang dalam kasus proses gelombang nonstasioner.

Beras. 203. Konstruksi permukaan gelombang menurut prinsip Huygens Dalam rumusan asli Huygens, prinsip ini pada dasarnya hanyalah resep yang mudah untuk menemukan permukaan gelombang, karena tidak menjelaskan, misalnya, mengapa posisi permukaan gelombang diberikan oleh selubung depan gelombang sekunder dan apa arti permukaan selubung belakang yang ditunjukkan pada Gambar. 203 garis putus-putus. Pembenaran prinsip Huygens diberikan oleh Fresnel berdasarkan pertimbangan interferensi gelombang sekunder. Kita akan menemukan penerapan prinsip Huygens-Fresnel ketika mempelajari optik.Sangat mudah untuk melihat bahwa dalam kasus sederhana perambatan gelombang bidang atau bola dalam media homogen, prinsip Huygens memberikan hasil yang benar: gelombang bidang tetap datar, dan gelombang bola tetap bulat. Prinsip Huygens memungkinkan kita menemukan hukum pemantulan dan pembiasan gelombang bidang pada antarmuka datar tak terhingga antara dua media homogen. Gelombang dalam media tidak homogen. Dengan menggunakan prinsip Huygens, dimungkinkan untuk menjelaskan mengapa permukaan gelombang berputar ketika gelombang merambat dalam medium yang tidak homogen. Misalnya, massa jenis medium p meningkat searah sumbu y (Gbr. 204)

sedemikian rupa sehingga kecepatan rambat gelombang dan menurun sepanjang y menurut hukum linier. Jika pada suatu saat permukaan gelombang berbentuk bidang, maka setelah selang waktu yang singkat, dalam sekejap, permukaan gelombang tersebut, seperti terlihat pada Gambar. 204, berbalik dan mengambil posisi baru. Setelah periode waktu singkat berikutnya, ia mengambil posisi.Fenomena yang dijelaskan mudah untuk diamati ketika gelombang merambat di permukaan dan gelombang suara di udara. Gambar Refraksi. 204. Perputaran gelombang suara yang disebabkan oleh ketidakhomogenan permukaan dalam medium udara atmosfer yang tidak homogen menimbulkan sejumlah fenomena menarik. Penduduk desa pesisir sering mendengar suara-suara dari perahu yang letaknya sangat jauh. Hal ini terjadi ketika suhu udara di bagian atas lebih tinggi dibandingkan di permukaan air; udara di bawah mempunyai kepadatan yang lebih tinggi. Artinya kecepatan suara di bawah, dekat permukaan air, lebih kecil dibandingkan di atas. Kemudian gelombang suara, yang seharusnya mengarah ke atas secara miring, dibiaskan ke arah air dan merambat di sepanjang permukaannya. Semacam pandu gelombang terbentuk di sepanjang permukaan air, di mana suara dapat merambat jarak jauh tanpa redaman yang nyata.Panduan gelombang sempit serupa dapat terjadi di kedalaman laut pada kombinasi suhu dan salinitas lapisan air tertentu. Akibatnya terbentuk lapisan tipis yang kecepatan gelombang akustiknya lebih kecil dibandingkan lapisan di atas atau di bawahnya. Energi suara dalam saluran tersebut pada dasarnya merambat dalam dua dimensi dan oleh karena itu dapat dideteksi pada jarak yang jauh dari sumbernya.

Difraksi gelombang.

Penerapan prinsip Huygens pada perambatan gelombang dalam suatu medium dengan adanya hambatan memungkinkan untuk menjelaskan secara kualitatif fenomena difraksi - pembengkokan gelombang ke dalam daerah bayangan geometris. Perhatikan, misalnya, gelombang bidang yang datang pada dinding datar yang tepinya lurus (Gbr. 205). Untuk mempermudah, kita asumsikan bahwa bagian gelombang yang datang pada dinding terserap seluruhnya, sehingga tidak ada gelombang yang dipantulkan. Pada Gambar. Gambar 205 menunjukkan permukaan gelombang yang dibangun menurut prinsip Huygens di belakang penghalang. Terlihat bahwa gelombang sebenarnya membelok ke daerah bayangan, namun prinsip Huygens tidak menjelaskan apa pun tentang amplitudo osilasi gelombang di belakang penghalang. Hal ini dapat diketahui dengan memperhatikan interferensi gelombang yang datang pada daerah bayangan geometris. Distribusi amplitudo getaran di belakang penghalang disebut pola difraksi. Tepat di belakang penghalang, amplitudo osilasinya sangat kecil. Semakin jauh dari penghalang, semakin nyata penetrasi getaran ke dalam daerah bayangan geometris.Kemunculan pola difraksi secara penuh di belakang penghalang tergantung pada hubungan antara panjang gelombang, ukuran penghalang dan jarak darinya. hambatan menuju titik pengamatan. Jika panjang gelombang lebih besar dari ukuran penghalang, maka gelombang hampir tidak menyadarinya. Jika panjang gelombang R sama dengan ukuran penghalang, maka difraksi muncul bahkan pada jarak yang sangat pendek dan gelombang di belakang penghalang hanya sedikit lebih lemah daripada di medan gelombang bebas di kedua sisi. Jika, akhirnya, panjang gelombang jauh lebih kecil daripada ukuran penghalang, maka pola difraksi hanya dapat diamati pada jarak yang jauh dari penghalang, yang besarnya bergantung.

Beras. 205. Difraksi gelombang bidang Gelombang dari sumber bergerak. Prinsip Huygens memungkinkan kita menemukan jenis muka gelombang untuk proses gelombang nonstasioner yang terjadi ketika sumber osilasi bergerak dalam media stasioner. Di sini, ada dua kasus berbeda yang mungkin terjadi: kecepatan sumber lebih kecil dari kecepatan rambat gelombang dalam medium, dan sebaliknya. Biarkan sumber mulai bergerak dari titik O dalam garis lurus dengan kecepatan konstan y, terus menerus menimbulkan osilasi. Dalam kasus pertama, ketika pertanyaan tentang bentuk muka gelombang dan posisinya diselesaikan dengan sangat sederhana, bagian depannya akan berbentuk bola, dan pusatnya bertepatan dengan posisi sumber pada saat awal, karena jejak dari semua gangguan selanjutnya akan terjadi di dalam bidang ini (Gbr. 206) Memang, kita akan mempertimbangkan gangguan yang ditimbulkan oleh sumber bergerak pada interval waktu yang teratur. Titik-titik tersebut menunjukkan posisi sumber pada suatu waktu. Masing-masing titik ini dapat dianggap sebagai pusat gelombang bola yang dipancarkan oleh sumber pada saat ia berada pada titik tersebut. Pada Gambar. Gambar 206 menunjukkan posisi muka gelombang tersebut pada saat sumbernya berada di titik tersebut. Karena bagian depan setiap gelombang berikutnya seluruhnya terletak di bagian depan gelombang sebelumnya.

Beras. 206. Permukaan gelombang ketika sumber bergerak dengan kecepatan kurang dari kecepatan gelombangGbr. 207. Gelombang muncul ketika sumber bergerak dengan kecepatan yang sama dengan kecepatan kehendak.Jika kecepatan sumber sama dengan kecepatan rambat gelombang dalam medium, maka seperti ditunjukkan pada Gambar. 207, bagian depan semua gelombang yang dipancarkan pada titik-titik bersentuhan dengan titik di mana sumbernya berada saat ini. Jika di bagian depan setiap gelombang terjadi pemadatan medium, maka tepat di depan sumber bergerak, tempat bagian depan semua gelombang bersentuhan, pemadatan tersebut dapat menjadi signifikan.Kerucut Mach. Yang sangat menarik adalah kasus ketika kecepatan sumber lebih besar daripada kecepatan rambat gelombang dalam medium. Sumbernya berada di depan gelombang yang diciptakannya. Posisi muka gelombang yang dipancarkan pada suatu titik pada saat sumber berada pada titik tersebut ditunjukkan pada Gambar. 208.

Selubung bagian depan ini adalah permukaan kerucut melingkar, yang sumbunya berimpit dengan lintasan sumber, titik puncak pada setiap momen waktu berimpit dengan sumber, dan sudut antara generatrix dan sumbu ditentukan, sebagai jelas dari Gambar. 208, berdasarkan hubungan Muka gelombang seperti itu disebut kerucut Mach. Jenis muka gelombang ini harus ditemui di semua kasus benda yang bergerak dengan kecepatan supersonik - proyektil, rudal, pesawat jet. Dalam kasus dimana pemadatan medium pada muka gelombang cukup signifikan, muka gelombang dapat difoto.

Beras. 209. Kerucut Mach dan muka gelombang bunyi ketika sumber bergerak dengan kecepatan kurang dari kecepatan kehendak. 209, diambil dari sebuah foto, menunjukkan kerucut Mach dari sebuah peluru yang bergerak dengan kecepatan supersonik dan bagian depan gelombang suara yang diciptakan oleh peluru saat bergerak melalui laras dengan kecepatan subsonik. Gambar diambil pada saat peluru menyalip bagian depan gelombang suara Analog kerucut Mach dalam optik adalah radiasi Cherenkov, yang terjadi ketika partikel bermuatan bergerak dalam suatu zat dengan kecepatan melebihi kecepatan cahaya dalam medium ini. .

Efek Doppler.

Dari Gambar. 206 Jelas bahwa ketika sumber gelombang monokromatik bergerak, panjang gelombang yang dipancarkan ke berbagai arah berbeda dan berbeda dengan panjang gelombang yang dipancarkan oleh sumber diam. Jika kita menganggap interval waktu sama dengan periode osilasi, maka bola pada Gambar. 206 dapat dianggap sebagai puncak atau lembah gelombang yang berurutan, dan jarak antara keduanya sebagai panjang gelombang yang dipancarkan ke arah yang sesuai. Terlihat bahwa panjang gelombang yang dipancarkan pada arah gerak sumber berkurang, dan pada arah sebaliknya bertambah. Gambar membantu untuk memahami bagaimana hal ini terjadi. 210, sumber memulai periode radiasi gelombang berikutnya, berada di suatu titik, dan, bergerak searah dengan gelombang, mengakhiri periode tersebut, berada di suatu titik. Akibatnya, panjang gelombang yang dipancarkan menjadi kurang dari jumlah tertentu.

Penerima stasioner yang mencatat gelombang-gelombang ini akan menerima osilasi dengan frekuensi yang berbeda dengan frekuensi osilasi.Rumus ini berlaku baik ketika sumber mendekati penerima stasioner maupun ketika menjauh. Saat mendekat, kecepatan sumber diambil dengan tanda positif, dan saat menjauh, dengan tanda negatif. Jika sumber bergerak dengan kecepatan subsonik, maka saat mendekat, frekuensi suara yang diterima lebih tinggi, dan saat menjauh. , lebih rendah dibandingkan dengan sumber stasioner. Perubahan nada ini mudah terlihat saat mendengarkan suara peluit kereta atau mobil yang lewat. Jika kecepatan mendekatnya suatu sumber bunyi ke penerima cenderung sama dengan cepat rambat bunyi, maka panjang gelombang cenderung nol, dan frekuensinya cenderung tak terhingga. Jika dan lebih besar dari dan, maka sumber pertama-tama akan melewati penerima dan baru kemudian gelombang suara yang diciptakannya saat mendekat akan tiba. Gelombang-gelombang ini akan tiba dalam urutan kebalikan dari bagaimana gelombang-gelombang itu dipancarkan; gelombang-gelombang yang dipancarkan sebelumnya akan tiba kemudian. Inilah yang dimaksud dengan nilai frekuensi negatif yang diperoleh dari rumus.Perubahan frekuensi osilasi yang direkam oleh penerima juga terjadi ketika sumber gelombang diam dalam medium dan penerima bergerak. Jika, misalnya, penerima mendekati sumber dengan kecepatan, maka kecepatannya relatif terhadap puncak gelombang adalah sama. Oleh karena itu, frekuensi osilasi yang dicatatnya sama dengan Rumus ini juga berlaku ketika penerima menjauh dari sumber diam, hanya kecepatan kendali yang harus diambil dengan tanda negatif. Jika penerima menjauh dari sumber dengan kecepatan supersonik, maka ia akan mengejar gelombang yang dipancarkan sebelumnya dan mencatatnya dalam urutan terbalik.Fenomena perubahan frekuensi gelombang yang diterima ketika sumber atau penerima bergerak relatif terhadap medium adalah disebut efek Doppler.

Gelombang akustik.

Bagi telinga manusia, spektrum bunyi yang dapat didengar berkisar dari... Namun batasan ini hanya berlaku bagi orang-orang yang masih sangat muda. Seiring bertambahnya usia, kepekaan terhadap wilayah atas spektrum hilang. Rentang pendengaran jauh lebih besar dibandingkan rentang frekuensi yang relatif sempit di mana suara ucapan manusia terkandung. Beberapa makhluk dapat menghasilkan dan mendengar suara yang jauh melampaui rentang frekuensi yang dirasakan manusia. Kelelawar dan lumba-lumba menggunakan ultrasound (frekuensinya berada di atas batas atas suara yang dapat didengar) sebagai semacam “radar” (atau “sonar”) untuk ekolokasi, untuk menentukan posisi objek. Ultrasonografi banyak digunakan dalam teknologi.Getaran akustik dengan frekuensi di bawah batas bawah bunyi yang terdengar disebut infrasonik. Biasanya menimbulkan perasaan tidak menyenangkan dan cemas pada orang.

Dalam batas berapa amplitudo dapat berubah ketika dua gelombang monokromatik dengan frekuensi yang sama ditambahkan, bergantung pada perbedaan fasanya?

Jelaskan jenis pola interferensi yang diciptakan oleh dua sumber titik koheren.

Mengapa sulit mendengar ketika seseorang berteriak melawan angin? Tentu saja, angin sakal mengurangi kecepatan suara, namun penurunan ini sangat kecil dan tidak dapat menjelaskan efek yang diamati: kecepatan suara di udara sekitar 340 m/s, dan kecepatan angin biasanya tidak melebihi 10-15 m /S. Untuk menjelaskan pengaruhnya, perlu diperhatikan bahwa kecepatan angin di dekat permukaan tanah lebih rendah daripada di puncak.

Bagaimana fenomena interferensi sesuai dengan hukum kekekalan energi? Mengapa, jika panjang gelombang jauh lebih kecil daripada ukuran penghalang, pola difraksi hanya dapat diamati pada jarak yang sangat jauh dari penghalang?

Dalam hal manakah pergeseran frekuensi getaran suara pada efek Doppler lebih nyata: ketika sumber suara bergerak atau ketika penerima bergerak dengan kecepatan yang sama?

Apakah rumus pergeseran frekuensi akibat efek Doppler dapat diterapkan jika sumber atau penerima suara bergerak dengan kecepatan supersonik?

Berikan contoh penggunaan USG dalam teknologi yang Anda ketahui.